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2014 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 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
Outline of Annual Research Achievements

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。当該年度では以下の項目について研究を行った。
1.フッ化マグネシウム基板上の二酸化バナジウムを用いた電気二重層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抵抗率を大幅に変調させることに成功した。そのトランジスタ動作が不揮発かつ可逆的であることを確認した。ラマン散乱分光によって、電界効果による相転移前後で二酸化バナジウムの結晶構造が変化していることを明らかにした。さらに、組成分析により相転移の原因が二酸化バナジウム中への水素イオンの移動であることを解明した。
2.電子・光デバイスへの応用を目指して、Si基板上に二酸化バナジウム薄膜を作製することを試みた。成長中の温度・酸素分圧を制御することで、様々な種類の酸化バナジウム薄膜を堆積させることに成功した。また、単相の二酸化バナジウム薄膜が得られる条件を見出した。

Current Status of Research Progress
Current Status of Research Progress

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

Reason

電界効果による二酸化バナジウムの相転移制御の動作原理を解明することに成功した。また、デバイス応用を目指し、Si基板上に二酸化バナジウム薄膜を成長させる研究を遂行した。

Strategy for Future Research Activity

二酸化バナジウムの相転移を利用した光スイッチの開発に注力する。初期段階では、環境温度や加熱によるスイッチ機能実証を行い、最終的には電界効果による光スイッチング現象の観測を目指す。

Causes of Carryover

研究計画の一部に変更が生じたため。

Expenditure Plan for Carryover Budget

論文校閲費用と論文投稿料に充てる予定である。

  • Research Products

    (8 results)

All 2014

All Journal Article (3 results) (of which Peer Reviewed: 3 results,  Acknowledgement Compliant: 1 results) Presentation (5 results) (of which Invited: 2 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] Correlation between thermal hysteresis width and broadening of metal-insulator transition in Cr and Nb doped VO2 film2014

    • Author(s)
      Kenichi Miyazaki, Keisuke Shibuya, Megumi Suzuki, Hiroyuki Wado, and Akihito Sawa
    • Journal Title

      Japanese Journal of Applied Physics

      Volume: 53 Pages: 071102-1, 5

    • DOI

      10.7567/JJAP.53.071102

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] X-ray study of metal-insulator transitions induced by W-doping and photoirradiation in VO2 films2014

    • Author(s)
      D. Okuyama, K. Shibuya, R. Kumai, T. Suzuki, Y. Yamasaki, H. Nakao, Y. Murakami, M. Kawasaki, Y. Taguchi, Y. Tokura, and T. Arima
    • Journal Title

      Physical Review B

      Volume: 91 Pages: 064101-1, 8

    • DOI

      10.1103/PhysRevB.91.064101

    • Peer Reviewed
  • [Presentation] Electronic phase control in vanadium dioxide thin films2014

    • Author(s)
      Keisuke Shibuya
    • Organizer
      Energy Materials Nanotechnology Open Access Week 2014
    • Place of Presentation
      成都(中国)
    • Year and Date
      2014-09-22 – 2014-09-25
    • Invited
  • [Presentation] 単元素ドープVO2薄膜における抵抗変化係数と抵抗率の温度履歴の相関2014

    • Author(s)
      宮崎 憲一、渋谷 圭介、鈴木愛美、岩城隆雄、和戸弘幸、澤 彰仁
    • Organizer
      応用物理学会秋季学術講演会
    • Place of Presentation
      札幌
    • Year and Date
      2014-09-17 – 2014-09-20
  • [Presentation] 元素ドープVO2薄膜の金属-絶縁体転移2014

    • Author(s)
      澤 彰仁、渋谷 圭介、宮崎 憲一、鈴木愛美、岩城 隆雄、和戸弘幸
    • Organizer
      科研費基盤S研究会「多自由度放射光X線二色性分光による 強相関系界面新規電子相の研究」
    • Place of Presentation
      熱海
    • Year and Date
      2014-07-13 – 2014-07-14
    • Invited
  • [Presentation] Correlation between thermal hysteresis width and temperature coefficient of resistance in doped VO2 films for bolometer applications2014

    • Author(s)
      宮崎 憲一、渋谷 圭介、鈴木愛美、和戸弘幸、澤 彰仁
    • Organizer
      IUMRS-ICEM 2014
    • Place of Presentation
      台北(台湾)
    • Year and Date
      2014-06-10 – 2014-06-14
  • [Presentation] Strain control for the metal-insulator transition temperature of VO2 thin films2014

    • Author(s)
      Keisuke Shibuya and Akihito Sawa
    • Organizer
      2014 Material Research Society Spring Meeting
    • Place of Presentation
      サンフランシスコ(アメリカ)
    • Year and Date
      2014-04-21 – 2014-04-25

URL: 

Published: 2016-06-01  

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