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2013 Fiscal Year Research-status Report

一次相転移系遷移金属酸化物の電界相制御

Research Project

Project/Area Number 25790051
Research Category

Grant-in-Aid for Young Scientists (B)

Research InstitutionNational Institute of Advanced Industrial Science and Technology

Principal Investigator

渋谷 圭介  独立行政法人産業技術総合研究所, 電子光技術研究部門, 研究員 (00564949)

Project Period (FY) 2013-04-01 – 2016-03-31
Keywords二酸化バナジウム / 酸化物エピタキシャル薄膜 / 電界効果トランジスタ
Research Abstract

多彩な物性を示す遷移金属酸化物の応用に向けて、電場・磁場・光・圧力などの外的刺激による電子相制御が重要となってきている。しかしながら、不揮発性と可逆動作を伴う相制御の研究は初期段階にあり、その理解は未だ不十分である。本研究では、遷移金属酸化物の不揮発かつ可逆的な電子相制御の確立を目的としている。この目標達成のために一次相転移物質を使用する。これは、構造変化を伴うことで基底状態と遷移状態の双安定化が達成されるためである。特に、電界による一次相転移の制御技術の確立とその原理解明に主眼を置き、数ボルトの低電圧による光学特性の可逆的巨大応答を目指す。
1.新たに開発したフッ化マグネシウム(MgF2)基板上に高品質なエピタキシャル二酸化バナジウム(VO2)薄膜を堆積することに成功した。フッ化マグネシウム基板は、従来から用いられている二酸化チタン(TiO2)基板と比較して光学特性が優れているため、光学デバイスの開発に適している。また、フッ化マグネシウム基板は二酸化チタン基板より大きな歪みを二酸化バナジウム薄膜に掛けることができ、金属‐絶縁体転移の歪み制御という観点からも重要である。
2.2. 二酸化バナジウムの電界効果トランジスタ構造を作製し、ゲート電圧によって二酸化バナジウムの透過率が大幅に変調することに成功した。二酸化バナジウムはサーモクロミック材料としての開発が進められているが、エレクトロクロミック特性を利用した能動デバイスとしての応用に本研究が役立つものと期待する。

Current Status of Research Progress
Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

目標であった電界効果トランジスタの作製と電界誘起相転移の観測に成功した。また、二酸化バナジウムにおける電界効果誘起相転移の光学的評価・結晶構造評価は一部前倒しで研究を遂行した。

Strategy for Future Research Activity

電界効果誘起相転移の原理については、未知数の部分も多く、静電的原理・化学反応による現象の両方が提案されている。今後は、電子相転移前後での組成分析等の手法も取り入れメカニズム解明についても注力する。

Expenditure Plans for the Next FY Research Funding

研究実施計画の一部に変更が生じたため。
分析依頼費と電気特性評価装置の購入に充てる予定である。

  • Research Products

    (9 results)

All 2014 2013

All Journal Article (4 results) (of which Peer Reviewed: 4 results,  Acknowledgement Compliant: 1 results) Presentation (4 results) (of which Invited: 1 results) Patent(Industrial Property Rights) (1 results)

  • [Journal Article] Epitaxial growth and structural transition of VO2/MgF2 (001)2014

    • Author(s)
      Keisuke Shibuya and Akihito Sawa
    • Journal Title

      Japanese Journal of Applied Physics

      Volume: 53 Pages: 05FF03-1, 3

    • DOI

      10.7567/JJAP.53.05FF03

    • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
  • [Journal Article] Gate-tunable gigantic lattice deformation in VO22014

    • Author(s)
      D. Okuyama, M. Nakano, S. Takeshita, H. Ohsumi, S. Tardif, K. Shibuya, T. Hatano, H. Yumoto, T. Koyama, H. Ohashi, M. Takata, M. Kawasaki, T. Arima, Y. Tokura, Y. Iwasa
    • Journal Title

      Applied Physics Letters

      Volume: 104 Pages: 023507-1,5

    • DOI

      dx.doi.org/10.1063/1.4861901

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Fabrication and Raman scattering study of epitaxial VO2 films on MgF2 (001) substrates2013

    • Author(s)
      Keisuke Shibuya, Jun’ya Tsutsumi, Tatsuo Hasegawa, Akihito Sawa
    • Journal Title

      Applied Physics Letters

      Volume: 103 Pages: 021604-1,4

    • DOI

      dx.doi.org/10.1063/1.4813442

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Infrared-sensitive electrochromic device based on VO22013

    • Author(s)
      M. Nakano, K. Shibuya, N. Ogawa, T. Hatano, M. Kawasaki, Y. Iwasa, Y. Tokura
    • Journal Title

      Applied Physics Letters

      Volume: 103 Pages: 153503-1,4

    • DOI

      dx.doi.org/10.1063/1.4824621

    • Peer Reviewed
  • [Presentation] MgF2基板上に作製したエピタキシャルVO2薄膜の金属-絶縁体転移2014

    • Author(s)
      渋谷 圭介、澤 彰仁
    • Organizer
      応用物理学会
    • Place of Presentation
      青山学院大学(相模原)
    • Year and Date
      20140317-20140320
  • [Presentation] Metal-Insulator Transitions in VO2 Epitaxial Thin Films on MgF2 Substrates2013

    • Author(s)
      Keisuke Shibuya, Akihito Sawa
    • Organizer
      Workshop on Oxide Electronics 20
    • Place of Presentation
      National University of Singapore(シンガポール)
    • Year and Date
      20130922-20130925
  • [Presentation] Impact of epitaxial strain on the metal-insulator transitions in VO2 thin films on MgF2 substrates2013

    • Author(s)
      Keisuke Shibuya, Akihito Sawa
    • Organizer
      2013 JSAP-MRS Joint Symposia
    • Place of Presentation
      同志社大学(京都)
    • Year and Date
      20130916-20130920
  • [Presentation] Carrier doping and external field control of phase transition in epitaxial VO2 thin films2013

    • Author(s)
      Keisuke Shibuya
    • Organizer
      Korean Physical Society 2013 Spring Meeting
    • Place of Presentation
      Daejoen(韓国)
    • Year and Date
      20130424-20130426
    • Invited
  • [Patent(Industrial Property Rights)] 温度センサ2013

    • Inventor(s)
      渋谷圭介、澤彰仁、富岡泰秀、宮崎憲一、和戸弘幸、鈴木愛美
    • Industrial Property Rights Holder
      渋谷圭介、澤彰仁、富岡泰秀、宮崎憲一、和戸弘幸、鈴木愛美
    • Industrial Property Rights Type
      特許
    • Industrial Property Number
      特願2013-201759
    • Filing Date
      2013-09-27

URL: 

Published: 2015-05-28  

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