金属酸化物人工格子による強相関電子デバイスの創成

• 研究課題/領域番号: 13750012
• 研究種目: 若手研究(B)
• 配分区分: 補助金
• 研究分野: 応用物性・結晶工学
• 研究機関: 大阪大学
• 研究代表者: 田中 秀和 大阪大学, 産業科学研究所, 助教授 (80294130)
• 研究期間 (年度): 2001 – 2002
• 研究課題ステータス: 完了 (2002年度)
• 配分額: 2,400千円 (直接経費: 2,400千円); 2002年度: 1,100千円 (直接経費: 1,100千円); 2001年度: 1,300千円 (直接経費: 1,300千円)
• キーワード: 室温強磁性 / Mn酸化物 / レーザMBE法 / p-n接合 / 電界効果トランジスタ / 人工格子 / 強相関電子系 / 歪み効果 / 室温超巨大磁気抵抗 / ペロブスカイト酸化物 / Ba系Mn酸化物 / 磁性電界制御

研究概要

強磁性・超巨大磁気抵抗を示すMn酸化物をベースとした強相関電子系半導体と光学半導体酸化物をナノスケールで組み合わせたp-n接合・人工格子を作製し、界面を通じて電子の動きを制御する事により光・電場で強磁性/非磁性、金属状態/絶縁状態、超巨大磁気抵抗等の強相関電子物性を室温においてスイッチできる材料を創成する。
◆p型伝導-室温強磁性・超巨大磁気抵抗酸化物-(La_<1-x>Ba_x)MnO_3、n型伝導-光学半導体酸化物--(Sr_<1-y>La_y)TiO_3、n型伝導-室温強磁性酸化物-(Ti_<1-x_Co_x)O_2、強誘電体酸化物Pb(Zr,Ti)O_3等の良質な単結晶薄膜を作製した。各種物質において、薄膜化した際に良好な結晶性、表面・界面平坦性・最適キャリア濃度、電気輸送特性、磁性を示す条件を、PO_2(酸化雰囲気)-T_s(基板温度)相図を作成し明らかにした。
上記の条件を基に
◆良好な整流特性を示す全薄膜p型強磁性-(La_<1-x>Ba_x)MnO_3/n型非磁性-(Sr_<1-y>La_y)TiO_3接合の形成に成功した。(Appl.Phys.Lett.,発表済み)。
◆良好な整流特性示し且つ室温でn型、p型とも強磁性を示す組み合わせからなる全薄膜p-(La_<1-x>Ba_x)MnO_3/n-(Ti,Co)O_2接合の形成に成功した。(J.Appl.Phys投稿中)
◆Pb(Zr,Ti)O_3/-(La_<1-x>Ba_x)MnO_3による強誘電体電界効果トランジスタを作製し、室温(282K)での電界による(強磁性)転移温度の変調(変調幅2.5K)を達成した。

研究成果

• [文献書誌] Hide.Tanaka, J.Zhang, T.Kawai: "Giant electric field modulation of double exchange ferromagnetism at room temperature in the perovskite manganite/titanate p-n junction"Phys.Rev.Lett.. 88. 027204-1-027204-4 (2002)
• [文献書誌] J.Zhang, Hide.Tanaka, T.Kawai: "Rectifying characteristic in all-perovekite oxide film p-n junction with room temperature ferromagnetism"Appl.Phys.Lett.. 80. 4378-4380 (2002)
• [文献書誌] D.H.Kim, J.S.Yang, K.W.Lee, S.D.Bu, T.W.Noh, S.I.Oh, Y.W.Kim, J.S.Chung, Hide.Tanaka, H.Y.Lee, T.Kawai: "Formation of Co nanoclusters in epitaxial Ti_<0.96>Co<0.04>O_2 thin films and their ferromagnetism"Appl.Phys.Lett.. 81. 2421-2423 (2002)
• [文献書誌] Hide.Tanaka, K.Betsuyaku, H.Katayama-Yoshida, T.Kawai: "Perovskite alloying in SrTiO_3-(La, Sr)MnO_3 solid solution films and their electrical transport properties"Solid State Commun.. 122. 677-680 (2002)
• [文献書誌] 田中 秀和, 川合 知二(分担執筆): "基礎から学ぶナノテクノロジー:ナノ加工技術〜先端・新機能デバイスの創製〜"化学同人(未定). (2003)
• [文献書誌] 田中 秀和, 川合 知二(分担執筆): "ナノテクノロジーハンドブック"オーム社(未定). (2003)
• [文献書誌] H.Tanaka, J.Zhang, T.Kawai: "Giant Electric Field Modulation of Double Exchange Ferromagnetism at Room Temperature in the Perovskite Manganite/Titanate p-n Junction"Phys. Rev. Lett.. 88. 027204 (2002)
• [文献書誌] H.Tanaka, K.Betsuyaku, H.Katayama-Yoshida, T.Kawai: "Perovskite alloying in SrTiO_3-(La, Sr)MnO_3 solid solution films and their electrical transport properties"Solid State Communications. (in press). (2002)
• [文献書誌] T.Kanki, H.Tanaka, T.Kawai: "Anomalous strain effect in La_<0.8>Ba_<0.2>MnO_3 epitaxial thin film : The role of degree of freedom on orbital in stabilizing ferromagnetism"Phys. Rev. B. 64. 224418 (2001)
• [文献書誌] J.Zhang, H.Tanaka, T.Kanki, J.Choi, T.Kawai: "Strain effect and phase diagram of La_<1-x>Ba_xMnO_3 thin films"Phys. Rev. B. 64. 184404 (2001)
• [文献書誌] H.Katsu, H.Tanaka, T.Kawai: "Dependence of carrier doping level on the photo-control of(La, Sr)MnO_3/SrTiO_3 functional heterojunction"J. Appl. Phys.. 90. 4578-4582 (2001)
• [文献書誌] J.Zhang, H.Tanaka, T.Kawai: "Strain-induced insulator metal transition and room temperature colossal magnetoresistance in low doped La_<1-x>Ba_xMnO_3thin films"J. Appl. Phys.. 90. 6275-6279 (2001)
• [文献書誌] H.Tanaka, T.Kanki, H.Katsu, J.Zhang, Y.Yamamoto, H.Tabata, T.Kawai: "Novel Functional Magnetic Oxide Artificial Lattices in Strongly Correlated Electron System"Trans. of the Mat. Res. Soc. Jpn.. 26. 1033-1036 (2001)
• [文献書誌] J.Zhang, H.Tanaka, T.Kanki, T.Kawai: "Anomalous strain effect on magnetic properties of La_<1-x>Ba_xMnO_3 epitaxial thin films"Surf. Interface Anal.. 32. 62-65 (2001)
• [文献書誌] 田中 秀和, 川合 知二: "原子レベルで機能調和した人工格子"日本結晶学会誌. 43. 108-115 (2001)
• [文献書誌] 田中 秀和, 川合 知二: "機能調和人工格子が拓くこれからの材料科学"金属. 71. 155-159 (2001)