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Ab-initio study of topological chalcogenide van-der-Waals heterostructures and superlattices

研究課題

研究課題/領域番号 16K04896
研究種目

基盤研究(C)

配分区分基金
応募区分一般
研究分野 ナノ材料化学
研究機関国立研究開発法人産業技術総合研究所

研究代表者

Kolobov A.  国立研究開発法人産業技術総合研究所, エレクトロニクス・製造領域, 首席研究員 (60357043)

連携研究者 富永 淳二  国立研究開発法人産業技術総合研究所, ナノエレクトロニクス研究部門, 首席研究員 (10357577)
フォンス ポール  国立研究開発法人産業技術総合研究所, ナノエレクトロニクス研究部門, 上級主任研究員 (90357880)
齊藤 雄太  国立研究開発法人産業技術総合研究所, ナノエレクトロニクス研究部門, 主任研究員 (50738052)
研究期間 (年度) 2016-04-01 – 2019-03-31
研究課題ステータス 完了 (2018年度)
配分額 *注記
4,940千円 (直接経費: 3,800千円、間接経費: 1,140千円)
2018年度: 1,300千円 (直接経費: 1,000千円、間接経費: 300千円)
2017年度: 650千円 (直接経費: 500千円、間接経費: 150千円)
2016年度: 2,990千円 (直接経費: 2,300千円、間接経費: 690千円)
キーワード層状カルコゲナイド / ファンデルワールス / 電子状態 / 第一原理計算 / 密度汎関数理論 / 超格子 / ヘテロ構造 / 応力制御 / chalcogenides / van der Waals solids / electronic structure / strain control / superlattices / van der Waals / topological insulators / dichalcogenides / heterostrictures / ナノ材料 / 計算物理 / 電子・電気材料
研究成果の概要

本研究では、理論計算を駆使することで、次世代のエレクトロニクス用の新材料として注目されている層状カルコゲナイドという物質群の構造や電子状態、異種物質との組み合わせについて系統的に調査を行なった。主な結果は、(1)電子励起アシストによるMoTe2の構造相転移の理論的予測、(2)数原子層GaNとMoS2とのエピタキシャル接合の提案、(3)GeTe/Sb2Te3超格子における電子状態のトポロジカル特性と応力による制御、(4)GeTe/Sb2Te3超格子における欠陥と電子状態の関連の調査である。これらの理論計算による特性の予測は、今後のデバイス応用において極めて重要な知見であると考えられる。

研究成果の学術的意義や社会的意義

本研究では、理論計算を中心に原子レベルの超極薄膜の電子状態について様々な観点から調査した。層状カルコゲナイドと総称される材料系では、原子レベルまで薄くなるとその特性が大きく変わることが知られているため、実験だけでなく、理論計算による予測が非常に重要な役割を果たす。本研究の理論計算によって、極薄膜の層状カルコゲナイドにおける構造や電子状態に関する多くの新たな知見を得ることができ、次世代の電子デバイス応用に向けて材料学的な見地から大きな貢献を行なった。

報告書

(4件)
  • 2018 実績報告書   研究成果報告書 ( PDF )
  • 2017 実施状況報告書
  • 2016 実施状況報告書
  • 研究成果

    (19件)

すべて 2019 2018 2017 2016

すべて 雑誌論文 (7件) (うち国際共著 6件、 査読あり 7件、 オープンアクセス 2件、 謝辞記載あり 1件) 学会発表 (12件) (うち国際学会 11件、 招待講演 5件)

  • [雑誌論文] Origin of resistivity contrast in interfacial phase-change memory: The crucial role of Ge/Sb intermixing2019

    • 著者名/発表者名
      Saito Yuta、Kolobov Alexander V.、Fons Paul、Mitrofanov Kirill V.、Makino Kotaro、Tominaga Junji、Robertson John
    • 雑誌名

      Applied Physics Letters

      巻: 114 号: 13 ページ: 132102-132102

    • DOI

      10.1063/1.5088068

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] SSC 2018: Kolobov AV: Chalcogenide van der Waals superlattices: a case example of interfacial phase-change memory2019

    • 著者名/発表者名
      Saito Yuta、Fons Paul、Mitrofanov Kirill V.、Makino Kotaro、Tominaga Junji、Robertson John、Kolobov Alexander V.
    • 雑誌名

      Pure and Applied Chemistry

      巻: - 号: 11 ページ: 1777-1786

    • DOI

      10.1515/pac-2019-0105

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Reconfiguration of van der Waals Gaps as the Key to Switching in GeTe/Sb2Te3 Superlattices2018

    • 著者名/発表者名
      Kolobov A.V.、Fons P.、Saito Y.、Tominaga J.
    • 雑誌名

      MRS Advances

      巻: 3 号: 57-58 ページ: 3413-3418

    • DOI

      10.1557/adv.2018.444

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Atomic Reconfiguration of van der Waals Gaps as the Key to Switching in GeTe/Sb2Te3 Superlattices2017

    • 著者名/発表者名
      A.V. Kolobov, P. Fons, Y. Saito, J. Tominaga
    • 雑誌名

      ACS Omega

      巻: 2 号: 9 ページ: 6223-6232

    • DOI

      10.1021/acsomega.7b00812

    • 関連する報告書
      2017 実施状況報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Manipulating the Bulk Band Structure of Artificially Constructed van der Waals Chalcogenide Heterostructures2017

    • 著者名/発表者名
      Yuta Saito, K. Makino, P. Fons, A.V. Kolobov, J. Tominaga
    • 雑誌名

      ACS Appl. Mater. Interfaces

      巻: 9 号: 28 ページ: 23918-23925

    • DOI

      10.1021/acsami.7b04450

    • 関連する報告書
      2017 実施状況報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Strain engineering of atomic and electronic structures of few-monolayer-thick GaN2017

    • 著者名/発表者名
      A. V. Kolobov, P. Fons, Y. Saito, J. Tominaga, B. Hyot, B. Andre
    • 雑誌名

      Phys. Rev. Materials

      巻: 1 号: 2

    • DOI

      10.1103/physrevmaterials.1.024003

    • 関連する報告書
      2017 実施状況報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Electronic excitation-induced semiconductor-to-metal transition in monolayer MoTe22016

    • 著者名/発表者名
      Kolobov, Fons, Tominaga
    • 雑誌名

      Physical Review B

      巻: B94 号: 9 ページ: 094114-094114

    • DOI

      10.1103/physrevb.94.094114

    • 関連する報告書
      2016 実施状況報告書
    • 査読あり / 国際共著 / 謝辞記載あり
  • [学会発表] Van der Waals chalcogenide superlattices for advanced applications2018

    • 著者名/発表者名
      Kolobov Alexander, Fons Paul, Yuta Saito, Mitrofanov Kirill, Junji Tominaga
    • 学会等名
      13th International Conference on Solid State Chemistry
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Reconfiguration of the SbTe-terminated van der Waals gap as a switching mechanism in GeTe-Sb2Te3 superlattices2018

    • 著者名/発表者名
      Kolobov Alexander, Fons Paul, Yuta Saito, Junji Tominaga
    • 学会等名
      European Phase-Change and Ovonic Symposium 2018
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Van der Waals Gap Reconfiguration and Role of Antimony in Interfacial Phase-change Memory2018

    • 著者名/発表者名
      Kolobov Alexander, Fons Paul, Yuta Saito, Junji Tominaga
    • 学会等名
      Non-Volatile Memory Technology Symposium 2018
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Understanding the switching mechanism of GeTe/Sb2Te32018

    • 著者名/発表者名
      Yuta Saito, Alexander V. Kolobov, Paul Fons, Kirill V. Mitrofanov, Kotaro Makino, Junji Tominaga, and John Robertson
    • 学会等名
      30th Symposium on Phase Change Oriented Science 2018 (PCOS2018)
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [学会発表] Understanding the switching mechanism of interfacial phase change memory2018

    • 著者名/発表者名
      Yuta Saito, Alexander V. Kolobov, Paul Fons, Kirill V. Mitrofanov, Kotaro Makino, Junji Tominaga, and John Robertson
    • 学会等名
      Non-Volatile Memory Technology Symposium (NVMTS) 2018
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Sputter Growth of Chalcogenide Superlattice Films for Future Phase Change Memory Applications2018

    • 著者名/発表者名
      Yuta Saito, Kirill V. Mitrofanov, Kotaro Makino, N. Miyata, Paul Fons, Alexander V. Kolobov, and Junji Tominaga
    • 学会等名
      Americas International Meeting on Electrochemistry and Solid State Science (AiMES) 2018
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Understanding the crystalline and electronic structure of GeTe/Sb2Te3 chalcogenide superlattices2018

    • 著者名/発表者名
      Yuta Saito, Alexander V. Kolobov, Paul Fons, Kirill V. Mitrofanov, Kotaro Makino, Junji Tominaga, and John Robertson
    • 学会等名
      European Phase Change and Ovonics Symposium 2018 (EPCOS2018)
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Sputter-grown 2D-TI/3D-TI stacking films in the Bi-Te binary system2018

    • 著者名/発表者名
      Yuta Saito, Paul Fons, Kotaro Makino, Kirill V. Mitrofanov, Fumihiko Uesugi, Masaki Takeguchi, Alexander V. Kolobov, and Junji Tominaga
    • 学会等名
      New Trends in Topological Insulators (NTTI2018) and Narrow Gap Systems (NGS18)
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Van der Waals Gap Reconfiguration and Switching Mechanism in Ge-Sb-Te Superlattices2018

    • 著者名/発表者名
      Kolobov Alexander, Fons Paul, Yuta Saito, Junji Tominaga
    • 学会等名
      CIMTEC 2018 8th Forum on New Materials
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Topological heterostructures of layered telluride compounds2018

    • 著者名/発表者名
      Y. Saito, K. Makino, P. Fons, A. V. Kolobov, J. Tominaga
    • 学会等名
      15th Annual Congress on Materials Research and Technology, Paris, France
    • 関連する報告書
      2017 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Role of van der Waals Interactions in Transition Metal Dichalcogenide Capped Topological Insulators2017

    • 著者名/発表者名
      P. Fons, A.V. Kolobov, J. Tominaga
    • 学会等名
      Materials Research Society Fall Meeting 2017
    • 関連する報告書
      2017 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Electronic Excitation-induced semiconductor-to-metal transition in monolayer MoTe22016

    • 著者名/発表者名
      Fons, Kolobov Tominaga
    • 学会等名
      Materials Research Society 2016 Fall Meeting
    • 発表場所
      Boston, USA
    • 年月日
      2016-11-28
    • 関連する報告書
      2016 実施状況報告書
    • 国際学会

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公開日: 2016-04-21   更新日: 2020-03-30  

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