10nm空間制御による強相関金属酸化物ナノ相分離起源解明への実験的アプローチ

• 研究課題/領域番号: 18H01871
• 研究種目: 基盤研究(B)
• 配分区分: 補助金
• 応募区分: 一般
• 審査区分: 小区分29020:薄膜および表面界面物性関連
• 研究機関: 大阪大学
• 研究代表者: 服部 梓 大阪大学, 産業科学研究所, 准教授 (80464238)
• 研究分担者: 山本 真人 関西大学, システム理工学部, 助教 (00748717)
• 研究期間 (年度): 2018-04-01 – 2021-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2020年度)
• 配分額: 17,680千円 (直接経費: 13,600千円、間接経費: 4,080千円); 2020年度: 3,380千円 (直接経費: 2,600千円、間接経費: 780千円); 2019年度: 5,070千円 (直接経費: 3,900千円、間接経費: 1,170千円); 2018年度: 9,230千円 (直接経費: 7,100千円、間接経費: 2,130千円)
• キーワード: 強相関金属酸化物 / ナノ相分離現象 / ナノ電子相 / 強相関酸化物

研究成果の概要

独自のナノ構造化技術を駆使し、ナノ立体空間中に強相関酸化物材料(NdNiO3、VO2、Fe3O4)の電子相関効果の最小単位、ナノ電子相を閉じ込め、ナノ電子相の金属絶縁体相転移(MIT)を制御・拡張する方法論を確立した。ナノ細線試料は薄膜試料に見られる緩やかな抵抗変調とは異なり、ステップ状の急峻な抵抗変調が観察された。これは、単一電子相をナノ構造内に閉じ込めたことによって機能最小単位1個からの純粋な絶縁体－金属相転移特性が抽出できる、電子相閉じ込め効果を実証する結果で、ナノ相分離現象を記述する統計的MITモデルを構築し、電気伝導特性とナノ電子相との定量的相関関係を明らかにした。

研究成果の学術的意義や社会的意義

本研究の成果は、学術的には凝縮系物性学の一大問題である強相関電子系の相転移の本質の理解が導かれ、相転移のダイナミクスを明らかにすることができた。さらに、機能の宝庫と言われ、最新のIRDSロードマップでもbeyond CMOS候補材料として挙がっている強相関金属酸化物のナノ電子相(物性)の操作法を導く。ムーアの限界以下でも強相関物性に基づくデバイス動作が期待されつつも物性が複雑であるため難航している強相関酸化物ナノエレクトロニクス展開にも指針を与える結果が得られた。

研究成果

• [雑誌論文] 立体表面を活用したものづくりと物性研究＝表面科学とダイバーシティ&インクルージョン＝ (2021)
  • 著者名/発表者名: HATTORI Azusa N.
  • 雑誌名: 表面と真空 巻: 64 号: 3 ページ: 126-133
  • DOI: 10.1380/vss.64.126
  • NAID: 130007996731
  • ISSN: 2433-5835, 2433-5843
  • 年月日: 2021-03-10
  • 査読あり
• [雑誌論文] Spatial Analytical Surface Structure Mapping for Three-dimensional Micro-shaped Si by Micro-beam Reflection High-energy Electron Diffraction (2021)
  • 著者名/発表者名: Nakatsuka Sohei、Imaizumi Taishi、Abukawa Tadashi、Hattori Azusa N.、Tanaka Hidekazu、Hattori Ken
  • 雑誌名: e-Journal of Surface Science and Nanotechnology 巻: 19 号: 0 ページ: 13-19
  • DOI: 10.1380/ejssnt.2021.13
  • NAID: 130007995518
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Atomically Architected Silicon Pyramid Single-Crystalline Structure Supporting Epitaxial Material Growth and Characteristic Magnetism (2021)
  • 著者名/発表者名: Irmikimov Aydar、Pamasi Liliany N.、Hattori Azusa N.、Higashi Takaaki、Takahashi Shunta、Hashamova Emilia E.、Shi Xiaoqian、Guo Fangzhun、Hosoito Nobuyoshi、Osaka Ai I.、Tanaka Hidekazu、Hattori Ken
  • 雑誌名: Crystal Growth & Design 巻: 21 号: 2 ページ: 946-953
  • DOI: 10.1021/acs.cgd.0c01286
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] 原子精度の立体造形技術による強相関金属酸化物の名の相転移特性解明 (2021)
  • 著者名/発表者名: HATTORI Azusa N.
  • 雑誌名: Journal of the Society of Japanese Women Scientists 巻: 21 ページ: 13-21
  • 査読あり
• [雑誌論文] Catalytic Hydrogen Doping of NdNiO3 Thin Films under Electric Fields (2020)
  • 著者名/発表者名: Sidik Umar、Hattori Azusa N.、Rakshit Rupali、Ramanathan Shriram、Tanaka Hidekazu
  • 雑誌名: ACS Applied Materials & Interfaces 巻: 12 号: 49 ページ: 54955-54962
  • DOI: 10.1021/acsami.0c15724
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Investigation of Statistical Metal-Insulator Transition Properties of Electronic Domains in Spatially Confined VO2 Nanostructure (2020)
  • 著者名/発表者名: Hattori Azusa N.、Osaka Ai I.、Hattori Ken、Naitoh Yasuhisa、Shima Hisashi、Akinaga Hiroyuki、Tanaka Hidekazu
  • 雑誌名: Crystals 巻: 10 号: 8 ページ: 631-631
  • DOI: 10.3390/cryst10080631
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] 原子層制御したシリコン三次元立体表面構造の創製・観察技術 (2019)
  • 著者名/発表者名: HATTORI Azusa N.、TAKEMOTO Shohei、YANG Haoyu、HATTORI Ken、DAIMON Hiroshi、TANAKA Hidekazu
  • 雑誌名: 表面と真空 巻: 62 号: 7 ページ: 427-432
  • DOI: 10.1380/vss.62.427
  • NAID: 130007677789
  • ISSN: 2433-5835, 2433-5843
  • 年月日: 2019-07-10
  • 査読あり
• [雑誌論文] Effects of Off-Stoichiometry in the Epitaxial NdNiO3 Film on the Suppression of Its Metal-Insulator-Transition Properties (2019)
  • 著者名/発表者名: Takashi Yamanaka, Azusa N. Hattori*, Liliany Noviyanty Pamasi, Shohei Takemoto, Ken Hattori, Hiroshi Daimon, Kazunori Sato, and Hidekazu Tanaka
  • 雑誌名: ACS Appl. Electron. Mater 巻: 1 号: 12 ページ: 2678-2683
  • DOI: 10.1021/acsaelm.9b00662
  • 査読あり
• [雑誌論文] Barrier Formation at the Contacts of Vanadium Dioxide and Transition-Metal Dichalcogenides (2019)
  • 著者名/発表者名: Yamamoto Mahito、Nouchi Ryo、Kanki Teruo、Nakaharai Shu、Hattori Azusa N.、Watanabe Kenji、Taniguchi Takashi、Wakayama Yutaka、Ueno Keiji、Tanaka Hidekazu
  • 雑誌名: ACS Applied Materials & Interfaces 巻: 11 号: 40 ページ: 36871-36879
  • DOI: 10.1021/acsami.9b13763
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Ultrafast reflectivity change of vanadium dioxide induced by THz field enhanced by a metallic structure (2019)
  • 著者名/発表者名: Tachizaki Takehiro、Hattori Azusa N.、Tanaka Hidekazu、Hirori Hideki
  • 雑誌名: Japanese Journal of Applied Physics 巻: 58 号: 8 ページ: 083002-083002
  • DOI: 10.7567/1347-4065/ab2e97
  • 査読あり
• [雑誌論文] Three-dimensional Nanoconfinement Supports Verwey Transition in Fe3O4 Nanowire at 10 nm length scale (2019)
  • 著者名/発表者名: R. Rakshit, A. N. Hattori, Y. Naitoh, H. Shima, H. Akinaga, H. Tanaka
  • 雑誌名: Nano Lett. 巻: 19 号: 8 ページ: 5003-5010
  • DOI: 10.1021/acs.nanolett.9b01222
  • 査読あり
• [雑誌論文] Shape-fitting analyses of two-dimensional X-ray diffraction spots for strain-distribution evaluation in a β-FeSi2 nanofilm (2019)
  • 著者名/発表者名: Takemoto Shohei、Hattori Ken、Someta Masaaki、Hattori Azusa N.、Tanaka Hidekazu、Kurushima Kosuke、Otsuka Yuji、Daimon Hiroshi
  • 雑誌名: Journal of Applied Crystallography 巻: 52 号: 4 ページ: 732-744
  • DOI: 10.1107/s1600576719007234
  • 査読あり
• [雑誌論文] Gate-Tunable Thermal Metal-Insulator Transition in VO2 Monolithically Integrated into a WSe2 Field-Effect Transistors (2019)
  • 著者名/発表者名: M. Yamamoto, R. Nouch, T. Kanki, A. N. Hattori, K. Watanabe, T. Taniguchi, K. Ueno and H. Tanaka
  • 雑誌名: ACS Appl. Mater. and Inter. 巻: 11 号: 3 ページ: 3224-3230
  • DOI: 10.1021/acsami.8b18745
  • 査読あり
• [雑誌論文] Non-contact detection of nanoscale structures using optical nanofiber (2019)
  • 著者名/発表者名: H.Maruya, Y.Oe, H.Takashima N. Hattori, H. Tanaka and S.Takeuchi
  • 雑誌名: Optics Express 巻: 27 号: 2 ページ: 367-376
  • DOI: 10.1364/oe.27.000367
  • NAID: 120006649547
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Correlation between Ni Valence and Resistance Modulation on a SmNiO3 Chemical Transistor (2019)
  • 著者名/発表者名: D. Kawamoto, A. N. Hattori, M. Yamamoto, X. L. Tan, K. Hattori, H. Daimon, and H. Tanaka
  • 雑誌名: ACS Appl. Electron. Mater. 1 (2019) 82-87 巻: 1 号: 1 ページ: 82-87
  • DOI: 10.1021/acsaelm.8b00028
  • 査読あり
• [雑誌論文] Fabrication of the electric double layer transistor with (La,Pr,Ca)MnO3 nanowall wire channel (2018)
  • 著者名/発表者名: A.N. Hattori, H.Nakazawa, T.Nakamura and H.Tanaka
  • 雑誌名: Mod. Phys. Lett. B. 巻: 32 号: 34n36 ページ: 1840058-1840058
  • DOI: 10.1142/s0217984918400584
  • 査読あり
• [雑誌論文] Arrangement of self-assembled ZnO-NiO nanostructures using topographical templates towards oxide directed self-assembly (2018)
  • 著者名/発表者名: G. Tan, O. Nakagawara, A. N. Hattori, H. Tanaka
  • 雑誌名: AIP Advances 8 巻: 8 号: 11 ページ: 115029-115029
  • DOI: 10.1063/1.5054862
  • 査読あり
• [雑誌論文] Strongly correlated perovskite lithium ion shuttles (2018)
  • 著者名/発表者名: Y. Sun, M. Kotiuga, D. Lim, B. Narayanan, M. Cherukara, Z. Zhang, Y. Dong, R. Kou, C.-J. Sun, Q. Lu, I. Waluyo, A. Hunt, H. Tanaka, A. N. Hattori, S. Gamage, Y. Abate, V. G. Pol, H. Zhou, S. K. R. S. Sankaranarayanan, B. Yildiz, K. M. Rabe and S. Ramanathan
  • 雑誌名: Proc. Natl. Acad. Sci. USA 115 (2018) 9672-9677 巻: 115 号: 39 ページ: 9672-9677
  • DOI: 10.1073/pnas.1805029115
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Electric transport properties for three-dimensional angular-interconnects of Au wires crossing facet edges of atomically-flat Si{111} surfaces (2018)
  • 著者名/発表者名: Takemoto Shohei、Hattori Azusa N.、Hattori Ken、Tanaka Hidekazu、Daimon Hiroshi
  • 雑誌名: Japanese Journal of Applied Physics 巻: 57 号: 9 ページ: 090303-090303
  • DOI: 10.7567/jjap.57.090303
  • NAID: 210000149607
  • 査読あり
• [学会発表] Investigation of metal-insulator transition properties for the phase-separated electronic domains in strongly correlated oxides (2021)
  • 著者名/発表者名: A. N. Hattori
  • 学会等名: 6th Conference of Bangladesh Crystallographic Association
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Realization of high quality Fe3O4 thin film on atomically flat and high crystallinity MgO substrate surface (2020)
  • 著者名/発表者名: Ai I. Osaka, D. Toh, K. Yamauchi, Y. Sano, H. Tanaka, A. N. Hattori
  • 学会等名: 18th International Conference on Precision Engineering.
  • 国際学会
• [学会発表] Prominent Verwey transition in three dimensional Fe3O4 nanowire at 10 nm length scale (2020)
  • 著者名/発表者名: A. N. Hattori, R. Rakshit, Y. Naitoh, H. Shima, H. Akinaga, H. Tanaka
  • 学会等名: 2020 Virtual MRS Spring/Fall Meeting & Exhibit
  • 国際学会
• [学会発表] Metal-insulator transition property for the nano-confined electric domain in the strongly correlated NdNiO3 (2020)
  • 著者名/発表者名: A. N. Hattori, T. Yamanaka, A. Nanba, H. Tanaka
  • 学会等名: 2020 Virtual MRS Spring/Fall Meeting & Exhibit
  • 国際学会
• [学会発表] 完全結晶基板を利用した強相関電子系Fe3O4極薄膜の 金属-絶縁体相転移特性の向上 (2020)
  • 著者名/発表者名: 服部 梓、大坂 藍、藤 大雪 、 山内 和人 、佐野 泰久 、田中 秀和
  • 学会等名: 第5回材料WEEK
• [学会発表] 完全結晶基板上に成長した Fe3O4極薄膜金属-絶縁体相転移特性 (2020)
  • 著者名/発表者名: 大坂 藍、服部 梓、田中 秀和、 藤 大雪 、山内 和人 、佐野 泰久
  • 学会等名: 2020年日本表面真空学会学術講演会
• [学会発表] 原子精度の立体造形技術による 強相関金属酸化物のナノ相転移特性解明 (2020)
  • 著者名/発表者名: 服部 梓
  • 学会等名: 日本女性科学者の会 第13回学術大会
  • 招待講演
• [学会発表] High quality Fe3O4 thin film on atomically flat surface MgO substrate with high crystallinity (2020)
  • 著者名/発表者名: Ai Osaka, Daisetsu Toh, Kazuto Yamauchi, Yasuhisa Sano, Hidekazu Tanaka, Azusa N. Hattori
  • 学会等名: The 23rd SANKEN International Symposium
  • 国際学会
• [学会発表] Verwey transition in three dimensional Fe3O4 nanowire at 10 nm length scale (2020)
  • 著者名/発表者名: Azusa N. Hattori, Rupali Rakshit, Yasuhisa Naitoh, Hisashi Shima, Hiroyuki Akinaga, Hidekazu Tanaka
  • 学会等名: The 23rd SANKEN International Symposium
  • 国際学会
• [学会発表] Si{111}ピラミッド構造表面の創製と評価 (2020)
  • 著者名/発表者名: 服部 梓、Aydar Irmikimov、東 嵩晃、高橋 駿太、郭 方准、服部 賢、田中 秀和
  • 学会等名: 2020年第67回 応用物理学会春季学術講演会
• [学会発表] 原子層制御したSi立体表面の創製と計測評価法の開発 (2020)
  • 著者名/発表者名: 2020年精密工学会春季大会講演
  • 学会等名: 服部 梓、郭 方准、服部 賢、大門 寛、田中 秀和
• [学会発表] Verwey Transition Dynamics of Fe3O4Microwire Driven by Intense Terahertz Pulse (2019)
  • 著者名/発表者名: Rupali Rakshit, Azusa N. Hattori, Masaya Nagai, Goro Isoyama, Hidekazu Tanaka
  • 学会等名: Azusa N. Hattori, Shohei Takemoto, Ken Hattori, Hiroshi Daimon, Hidekazu Tanaka
  • 国際学会
• [学会発表] Creation of Atomically-Ordered Side- and Facet-Surfaces on the Three-Dimensionally Architected Si Structures (2019)
  • 著者名/発表者名: Azusa N. Hattori, Shohei Takemoto, Ken Hattori, Hiroshi Daimon, Hidekazu Tanaka
  • 学会等名: 19th International Conference on Crystal Growth and Epitaxy
  • 国際学会
• [学会発表] Verwey Transition Dynamics of Fe3O4Microwire Driven by Intense Terahertz Pulse (2019)
  • 著者名/発表者名: Rupali Rakshit, Azusa N. Hattori, Masaya Nagai, Goro Isoyama, Hidekazu Tanaka
  • 学会等名: 26TH INTERNATIONAL WORKSHOP ON OXIDE ELECTRONIcs
  • 国際学会
• [学会発表] Verwey transition in three dimensional Fe3O4 nanowire at 10 nm length scale (2019)
  • 著者名/発表者名: Azusa N. Hattori, Rupali Rakshit, Yasuhisa Naitoh, Hisashi Shima, Hiroyuki Akinaga, Hidekazu Tanaka
  • 学会等名: 11th International Symposium on Transparent Oxide and Related Materials for Electronics and Optics
  • 国際学会
• [学会発表] Wide-range resistance modulation on a SmNiO3 chemical transistor (2019)
  • 著者名/発表者名: Azusa N. Hattori, Daiki Kawamoto, Mahito Yamamoto, Hidekazu Tanaka
  • 学会等名: 236th RCS Meeting
  • 国際学会
• [学会発表] NdNiO3ナノ細線での電子相閉じ込め効果 (2019)
  • 著者名/発表者名: 服部 梓、山中 天志、服部 賢、大門 寛、田中 秀和
  • 学会等名: 日本物理学会2019年秋季大会
• [学会発表] 10 nmサイズFe3O4立体ナノ構造でのフェルベー転移 (2019)
  • 著者名/発表者名: Rupali Rakshit、服部 梓、内藤 泰久、島 久、秋永 広幸、田中 秀和
  • 学会等名: 2019年第80回 応用物理学会秋季学術講演会
• [学会発表] NdNiO3ナノ細線での電子相閉じ込め効果と金属-絶縁体相転移特性 (2019)
  • 著者名/発表者名: 服部 梓、山中 天志、田中 秀和
  • 学会等名: 第5回材料week
• [学会発表] Metal-insulator transition properties in the strongly electron correlated metal oxide nanowire structures (2019)
  • 著者名/発表者名: A. N. Hattori, T. Yamanaka, K. Hayashi, S. Tsubota, Y. Naitoh, H. Akinaga, H. Tanaka
  • 学会等名: The 8th Indo-Japan Seminar “Designing Emergent Materials”
• [学会発表] ナノ立体造形技術を用いた強相関金属酸化物ナノ電子相物性研究 (2019)
  • 著者名/発表者名: 服部梓
  • 学会等名: 第90回(平成30年度第4回)産研テクノサロン
  • 招待講演
• [学会発表] Purified Verwey Transition of Single Domain Fe3O4 Nanowire (2019)
  • 著者名/発表者名: R. Rakshit, A. N. Hattori, H. Tanaka
  • 学会等名: The 8th Indo-Japan Seminar “Designing Emergent Materials”
  • 国際学会
• [学会発表] Three-dimensional Nanoconfinement Supports Verwey Transition in Fe3O4 Nanowire at 10 nm length scale (2019)
  • 著者名/発表者名: R. Rakshit, A. N. Hattori, Y. Naitoh, H. Shima, H. Akinaga, H. Tanaka
  • 学会等名: Handai-Kansai-GiessenDai Joint Seminar on Materials Science and Engineering
  • 国際学会
• [学会発表] Fabrication of NdNiO3 film with controlled Ni/Nd ratio by PLD technique (2019)
  • 著者名/発表者名: T. Yamanaka, A. N. Hattori, H. Tanaka
  • 学会等名: The 22nd SANKEN International Symposium
  • 国際学会
• [学会発表] NdNiO3ナノ細線の作製と電子相閉じ込め効果の観測 (2019)
  • 著者名/発表者名: 山中天志、服部梓、服部賢、大門寛、田中秀和
  • 学会等名: 第66回応用物理学会 春季学術講演会
• [学会発表] A discrete resistance change in the 3D nanostructured metal oxide due to the nano-confinement effect (2018)
  • 著者名/発表者名: A. N. Hattori and H. Tanaka
  • 学会等名: NanoWorld Conference
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Investigation of transport dynamics for the phase-separated nanodomains in strongly correlated manganite (2018)
  • 著者名/発表者名: A. N. Hattori, T. V. A. Ngyuen, M. Nagai, M. Ashida, H. Tanaka
  • 学会等名: International Nanophotonics and Nanoenergy Conference2018
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] 原子レベル制御Si{111}ファセット端で 3次元立体接合した金の伝導特性評価 (2018)
  • 著者名/発表者名: 服部梓、竹本昌平、服部賢、大門寛、田中秀和
  • 学会等名: 2018年 第79回応用物理学会秋季学術講演会
• [学会発表] 3次元立体接合した原子レベル制御 Si{111}ファセット端での金の伝導特性 (2018)
  • 著者名/発表者名: 服部梓、竹本昌平、服部賢、大門寛、田中秀和
  • 学会等名: 第4回材料WEEK
• [学会発表] Creation of atomically-ordered surfaces on the three-dimensionally architected Si structure (2018)
  • 著者名/発表者名: A. N. Hattori, S. Takemoto, K. Hattori, H. Daimon, H. Tanaka
  • 学会等名: The 14th International Conference on Atomically Controlled Surfaces, Interfaces and Nanostructures
  • 国際学会
• [学会発表] A discrete resistance change for the spatial nano-confined electric domain in the strongly correlated metal oxides (2018)
  • 著者名/発表者名: A. N. Hattori and H. Tanaka
  • 学会等名: Nanotech-2018 (Nanotechnology and Material Science Congress)
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] 強相関電子系NdNiO3ナノ細線での 金属絶縁体転移特性 (2018)
  • 著者名/発表者名: 服部梓、林慶一郎、山中天志、川本大喜、田中秀和
  • 学会等名: 2018年日本表面真空学会学術講演会
• [学会発表] 3次元立体Si{111}7×7ファセット表面上での金の伝導特性 (2018)
  • 著者名/発表者名: 服部梓、竹本昌平、服部賢、大門寛、田中秀和
  • 学会等名: 2018年日本表面真空学会学術講演会
• [学会発表] Si(001)基板上のb-FeSi2(100)ナノカーペットのXRD解析による面内歪み分布評価 (2018)
  • 著者名/発表者名: 竹本昌平、楊昊宇、谷本慶、染田政明、服部賢、大門寛、服部梓、田中秀和
  • 学会等名: 第4回材料WEEK
• [学会発表] W-RHEED法によるマイクロパターンを施したSi表面の構造解析 (2018)
  • 著者名/発表者名: 中塚聡平、今泉太志、虻川匡司、服部梓、田中秀和
  • 学会等名: 2018年日本表面真空学会学術講演会
• [学会発表] SmNiO3-FETにおけるチャネルサイズ縮小による抵抗変調高効率化 (2018)
  • 著者名/発表者名: 川本大喜, 服部梓, 山本真人, 田中秀和
  • 学会等名: 第79回応用物理学会秋季学術講演会
• [学会発表] Correlation of Ni valence and resistance modulation on SmNiO3 chemical transistor (2018)
  • 著者名/発表者名: D. Kawamoto, A. N. Hattori, M. Yamamoto, H. Tanaka
  • 学会等名: The 14th International Conference on Atomically Controlled Surfaces, Interfaces and Nanostructures
  • 国際学会