トポロジカル絶縁体を活性層とするトランジスタの超高圧特性の追求

• 研究課題/領域番号: 18K18736
• 研究種目: 挑戦的研究(萌芽)
• 配分区分: 基金
• 審査区分: 中区分13:物性物理学およびその関連分野
• 研究機関: 岡山大学
• 研究代表者: 久保園 芳博 岡山大学, 異分野基礎科学研究所, 教授 (80221935)
• 研究期間 (年度): 2018-06-29 – 2020-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2019年度)
• 配分額: 6,110千円 (直接経費: 4,700千円、間接経費: 1,410千円); 2019年度: 3,120千円 (直接経費: 2,400千円、間接経費: 720千円); 2018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: 電界効果キャリアドープ / 電界効果トランジスタ / 超伝導 / 圧力 / 圧力誘起超伝導 / 高圧 / トランジスタ特性 / 電気抵抗 / 超伝導特性 / 高圧トラジスタ特性 / トポロジカル絶縁体 / 超高圧 / キャリアドーピング / キャリア濃度

研究成果の概要

電界効果によって、キャリアを多様なトポロジカル絶縁体に注入して、新規な超伝導体を実現するとともに、圧力を印加することで超伝導特性を制御することを目標とした。本研究課題を通じて、AgをドープしたBi2Se3に電界効果によりキャリア注入して電気特性を調べる実験（電界効果トランジスタ(FET)特性実験）を遂行した。また、x とyを変えることでフェルミレベルやディラック点の位置を制御したBi2-xSbxTe3-ySeyの高圧での電気特性を調べ、超伝導の出現を確認した。それらの極薄単結晶を活性層としてイオン液体を使った電気二重層（EDL）FETを作製し、高圧でのトランジスタ特性を調べる試みを進めた。

研究成果の学術的意義や社会的意義

本研究の最終目標は、電界効果によってキャリアドープされたトポロジカル絶縁体で新規な超伝導体を作製して、更にそれに圧力を印加して超伝導特性を制御することである。そもそも、「電界効果キャリアドーピングされたトポロジカル物質に圧力を印加して超伝導を制御する」という研究は全く未開拓であって、まずは、どのように電界効果トランジスタを高圧で動作させるのかといった点を解決せねばならない。このように、本研究課題は前人未到の研究ともいえるものである。これが実現できれば、自在なキャリア制御と圧力による物性制御を組み合わせることが可能となり、物性物理学の飛躍的な進展をもたらすことになる。

研究成果

• [国際共同研究] ナポリ大学/アンコーナ大 (UPDM)(イタリア)
• [国際共同研究] ビュルツブルグ大学(ドイツ)
• [国際共同研究] 台湾 放射光研究センター(その他の国・地域)
• [国際共同研究] フェデリコII世・ナポリ大学(イタリア)
• [国際共同研究] NSRRC(その他の国・地域)
• [雑誌論文] Superconducting behavior of a new metal iridate compound, SrIr2, under pressure (2020)
  • 著者名/発表者名: Xiaofan Yang, Huan Li, Tong He, Tomoya Taguchi, Yanan Wang, Hidenori Goto, Ritsuko Eguchi, Rie Horie, Kazumasa Horigane, Kaya Kobayashi, Jun Akimitsu, Hirofumi Ishii, Yen Fa Liao, Hitoshi Yamaoka, Yoshihiro Kubozono
  • 雑誌名: Journal of Physics Condensed Matter 巻: 32 号: 2 ページ: 025704-025704
  • DOI: 10.1088/1361-648x/ab4605
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Synthesis of [7]phenacene incorporating tetradecyl chains in the axis positions and its application in field-effect transistors (2020)
  • 著者名/発表者名: Hideki Okamoto, Shino Hamao, Keiko Kozasa, Yanan Wang, Yoshihiro Kubozono, Yong-He Pan, Yu-Hsiang Yen, Germar Hoffmann, Fumito Tani, Kenta Goto
  • 雑誌名: Journal of Materials Chemistry C 巻: 8 号: 22 ページ: 7422-7435
  • DOI: 10.1039/d0tc00272k
  • NAID: 120007027581
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Fabrication of flexible high-performance organic field-effect transistors using phenacene molecules and their application toward flexible CMOS inverters (2019)
  • 著者名/発表者名: Pompei Emanuela、Turchetti Claudio、Hamao Shino、Miura Akari、Goto Hidenori、Okamoto Hideki、Fujiwara Akihiko、Eguchi Ritsuko、Kubozono Yoshihiro
  • 雑誌名: Journal of Materials Chemistry C 巻: 印刷中 号: 20 ページ: 6022-6033
  • DOI: 10.1039/c8tc05824e
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Pressure-induced superconductivity in Bi2-xSbxTe3-ySey (2019)
  • 著者名/発表者名: Tong He, Xiaofan Yang, Tomoya Taguchi, Teppei Ueno, Kaya Kobayashi, Jun Akimitsu, Hitoshi Yamaoka, Hirofumi Ishii, Yen-Fa Liao, Hiromi Ota, Hidenori Goto, Ritsuko Eguchi, Kensei Terashima, Takayoshi Yokoya, Harald O. Jeschke, Xianxin Wu, Yoshihiro Kubozono
  • 雑誌名: PHYSICAL REVIEW B 巻: 100 号: 9 ページ: 094525-094525
  • DOI: 10.1103/physrevb.100.094525
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Preparation and characterization of superconducting Ba1-xCsxTi2Sb2O, and its pressure dependence of superconductivity (2019)
  • 著者名/発表者名: Wang Yanan, Yang Xiaofan, Taguchi Tomoya, Li Huan, He Tong, Goto Hidenori, Eguchi Ritsuko, Miyazaki Takafumi, Liao Yen-Fa, Ishii Hirofumi, Kubozono Yoshihiro
  • 雑誌名: JAPANESE JOURNAL OF APPLIED PHYSICS 巻: 58 号: 11 ページ: 110603-110603
  • DOI: 10.7567/1347-4065/ab4ef5
  • NAID: 210000157392
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Superconducting properties of (NH3) y Li x FeSe0.5Te0.5 under pressure (2019)
  • 著者名/発表者名: Yang Xiaofan、He Tong、Taguchi Tomoya、Li Huan、Wang Yanan、Goto Hidenori、Eguchi Ritsuko、Miyazaki Takafumi、Yamaoka Hitoshi、Ishii Hirofumi、Liao Yen-Fa、Kubozono Yoshihiro
  • 雑誌名: New Journal of Physics 巻: 21 号: 11 ページ: 113010-113010
  • DOI: 10.1088/1367-2630/ab5034
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Synthesis of the extended phenacene molecules, [10]phenacene and [11]phenacene, and their performance in a field-effect transistor (2019)
  • 著者名/発表者名: Okamoto Hideki、Hamao Shino、Eguchi Ritsuko、Goto Hidenori、Takabayashi Yasuhiro、Yen Paul Yu-Hsiang、Liang Luo Uei、Chou Chia-Wei、Hoffmann Germar、Gohda Shin、Sugino Hisako、Liao Yen-Fa、Ishii Hirofumi、Kubozono Yoshihiro
  • 雑誌名: Scientific Reports 巻: 9 号: 1 ページ: 4009-4009
  • DOI: 10.1038/s41598-019-39899-4
  • NAID: 120006777515
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Fermi level tuning of Ag-doped Bi2Se3 topological insulator (2019)
  • 著者名/発表者名: Uesugi Eri、Uchiyama Takaki、Goto Hidenori、Ota Hiromi、Ueno Teppei、Fujiwara Hirokazu、Terashima Kensei、Yokoya Takayoshi、Matsui Fumihiko、Akimitsu Jun、Kobayashi Kaya、Kubozono Yoshihiro
  • 雑誌名: Scientific Reports 巻: 9 号: 1 ページ: 5376-5376
  • DOI: 10.1038/s41598-019-41906-7
  • NAID: 120006777514
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Surface Structure of Organic Semiconductor [n]Phenacene Single Crystals (2018)
  • 著者名/発表者名: Wakabayashi Yusuke、Nakamura Masanari、Sasaki Kaori、Maeda Takahiro、Kishi Yuutaro、Ishii Hiroyuki、Kobayashi Nobuhiko、Yanagisawa Susumu、Shimo Yuma、Kubozono Yoshihiro
  • 雑誌名: Journal of the American Chemical Society 巻: 140 号: 43 ページ: 14046-14049
  • DOI: 10.1021/jacs.8b08811
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Preparation and characterization of a new metal-intercalated graphite superconductor (2018)
  • 著者名/発表者名: Yang Xiaofan、Taguchi Tomoya、Wang Yanan、He Tong、Uchiyama Takaki、Takai Akihisa、Zhi Lei、Miyazaki Takafumi、Goto Hidenori、Eguchi Ritsuko、Ishii Hirofumi、Liao Yen-Fa、Yamaoka Hitoshi、Kubozono Yoshihiro
  • 雑誌名: Materials Research Express 巻: 6 号: 1 ページ: 016003-016003
  • DOI: 10.1088/2053-1591/aae9d2
  • 査読あり / 国際共著
• [学会発表] Pressure driven superconductivity in topological materials (2019)
  • 著者名/発表者名: Yoshihiro Kubozono
  • 学会等名: Superstripes 2019
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Pressure Driven Superconductivity in Topological Insulators (2019)
  • 著者名/発表者名: Yoshihiro Kubozono
  • 学会等名: MRM 2019
  • 国際学会
• [学会発表] Pressure-induced superconductivity in metal doped topological materials and two dimensional materials (2019)
  • 著者名/発表者名: Y. Kubozono
  • 学会等名: The first international workshop on Momentum Microscopy & Spectroscopy for Materials Science
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] 分子吸着によるグラフェンの散乱効果 (2019)
  • 著者名/発表者名: 高井彰久、後藤秀徳、内山貴生、Zhi Lei, 江口律子、久保園芳博
  • 学会等名: 日本物理学会第74回年次大会
• [学会発表] Pressure-induced superconductivity in metal-doped two-dimensional layered materials (2019)
  • 著者名/発表者名: Xiaofan Yang, Tong He, Tomoya Taguchi, Yanan Wang, Huan Li, Hirofumi Ishii, Hitoshi Yamaoka, Hidenori Goto, Ritsuko Eguchi, Yoshihiro Kubozono
  • 学会等名: 日本物理学会第74回年次大会
• [学会発表] Carrier doping of graphene with electric-field effect and doping effect (2018)
  • 著者名/発表者名: Hidenori Goto, Ritsuko Eguchi, Yoshihiro Kubozono
  • 学会等名: EMRS 2018 Fall meeting
  • 国際学会
• [学会発表] Pressure-induced superconductivity in Ag-doped Bi2Se3 topological insulator (2018)
  • 著者名/発表者名: Tong He, Kaya Kobayashi, Jun Akimitsu, Hidenori Goto, Yoshihiro Kubozono
  • 学会等名: EMRS 2018 Fall meeting
  • 国際学会
• [図書] Physics ans Chemistry of Carbon-Based Materials: Basic and Applications (2019)
  • 著者名/発表者名: Yoshihiro Kubozono
  • 総ページ数: 332
  • 出版者: Springer
  • ISBN: 9789811334160
• [図書] Physics and Chemistry of Carbon-Based Materials (2019)
  • 著者名/発表者名: Yoshihiro Kubozono (editor) / Chapter 8: Yoshihiro Kubozono
  • 出版者: Springer
• [図書] 3D local structure and Functional Design of Materials (2019)
  • 著者名/発表者名: Hiroshi Daimon and Yuji C. Sasaki (eitor) / Chapter 8.1: Yoshihiro Kubozono, Hidenori Goto, Hiroko Yamda
  • 出版者: Maruzen pub. / World Scientific
• [備考]
  • URL: http://interfa.rlss.okayama-u.ac.jp/publication.html
• [備考] 岡山大学異分野基礎科学研究所超伝導・機能材料研究コア （Kubozono group)
  • URL: http://interfa.rlss.okayama-u.ac.jp/