電界誘起による酸化物単結晶材料での新規超伝導の発現

• 研究課題/領域番号: 21686002
• 研究種目: 若手研究(A)
• 配分区分: 補助金
• 研究分野: 応用物性・結晶工学
• 研究機関: 東京大学 (2011); 東北大学 (2009-2010)
• 研究代表者: 上野 和紀 東京大学, 大学院・総合文化研究科, 准教授 (10396509)
• 研究期間 (年度): 2009 – 2011
• 研究課題ステータス: 完了 (2011年度)
• 配分額: 24,700千円 (直接経費: 19,000千円、間接経費: 5,700千円); 2011年度: 2,600千円 (直接経費: 2,000千円、間接経費: 600千円); 2010年度: 6,110千円 (直接経費: 4,700千円、間接経費: 1,410千円); 2009年度: 15,990千円 (直接経費: 12,300千円、間接経費: 3,690千円)
• キーワード: 超伝導 / 電界効果トランジスタ / 酸化物エレクトロニクス / イオン液体

研究概要

酸化物半導体KTaO_3は不純物元素の固溶限が小さく、化学的なキャリアドーピングが難しい材料である。我々はKTaO_3単結晶に電気二重層トランジスタを作成し、高濃度のキャリアドーピングと超伝導の発現を試みた。イオン液体を用いたデバイス構造の開発により化学的手法の10倍を超える高濃度のキャリアを誘起した。その結果、低温まで金属伝導を示すとともに極低温45mK以下でゼロ抵抗状態となる超伝導を発現した。これは電界誘起による初めての新規超伝導の発見である。

研究成果

• [雑誌論文] High Crystallinity CuScO2 Delafossite Films Exhibiting Ultraviolet Photoluminescence Grown by Vapor Liquid Solid Tri-phase Epitaxy (2012)
  • 著者名/発表者名: Y. Matsubara, T. Makino, H. Hiraga, C. Chen, S. Tsukimoto, K. Ueno, Y. Kozuka, Y. Ikuhara, M. Kawasaki
  • 雑誌名: Applied Physics Express 巻: 5巻
  • NAID: 210000015336
  • 査読あり
• [雑誌論文] High crystallinity CuScO_2 delafossite films exhibiting ultraviolet photoluminescence grown by vapor-liquid-solid tri-phase epitaxy (2012)
  • 著者名/発表者名: Y.Matsubara, T.Makino, H.Hiraga, C.Chen, S.Tsukimoto, K.Ueno, Y.Kozuka, Y.Ikuhara, M.Kawasaki
  • 雑誌名: APPLIED PHYSICS EXPRESS 巻: 5 号: 1 ページ: 11201-11201
  • DOI: 10.1143/apex.5.011201
  • NAID: 10030154569
  • 査読あり
• [雑誌論文] Observation of anomalous Hall effect in EuO epitaxial thin films grown by a pulse laser deposition (2011)
  • 著者名/発表者名: T. Yamasaki, K. Ueno, A. Tsukazaki, T. Fukumura, M. Kawasaki
  • 雑誌名: Applied Physics Letters 巻: 98巻
  • 査読あり
• [雑誌論文] Emergence of superconductivity on a SrTiO_3 surface by electric-field charge accumulation (2011)
  • 著者名/発表者名: K. Ueno, S. Nakamura, H. Shimotani, T. Nojima, Y. Iwasa, M. Kawasaki
  • 雑誌名: Proc. SPIE 巻: 7940巻 ページ: 26-26
• [雑誌論文] 酸化物半導体スピントロニクス (2011)
  • 著者名/発表者名: 福村知昭、山崎高志、山田良則、上野和紀、川崎雅司
  • 雑誌名: 表面科学 巻: 128巻 ページ: 134-134
  • NAID: 10027904828
• [雑誌論文] Discovery of superconductivity in KTaO3 by electrostatic carrier doping (2011)
  • 著者名/発表者名: K. Ueno, S. Nakamura, H. Shimotani, H. T. Yuan, N. Kimura, T. Nojima, H. Aoki, Y. Iwasa, M. Kawasaki
  • 雑誌名: Nature Nanotechnology 巻: 6巻 ページ: 408-412
  • 査読あり
• [雑誌論文] Insulating phase of a two-dimensional electron gas in MgxZn1-xO/ZnO heterostructures below nu=(1/3) (2011)
  • 著者名/発表者名: Y. Kozuka, A. Tsukazaki, D. Maryenko, J. Falson, S. Akasaka, K. Nakahara, S. Nakamura, A. Awaji, K. Ueno, M. Kawasaki
  • 雑誌名: Physical Review B 巻: 84巻
  • 査読あり
• [雑誌論文] Control of ferromagnetism at room temperature in(Ti, Co) O_<2-δ> via chemical doping of electron carriers (2011)
  • 著者名/発表者名: Y. Yamada, T. Fukumura, K. Ueno, M. Kawasaki
  • 雑誌名: Applied Physics Letters 巻: 99巻
  • 査読あり
• [雑誌論文] Electrically-induced ferromagnetism at room temperature in cobalt-doped titanium dioxide (2011)
  • 著者名/発表者名: Y. Yamada, K. Ueno, T. Fukumura, H. T. Yuan, H. Shimotani, Y. Iwasa, L. Gu, S. Tsukimoto, Y. Ikuhara, M. Kawasaki
  • 雑誌名: Science 巻: 332巻 ページ: 1065-1067
  • 査読あり
• [雑誌論文] 酸化物界面に閉じ込めた二次元電子の超伝導と量子ホール効果 (2011)
  • 著者名/発表者名: 川崎雅司、塚崎敦、上野和紀
  • 雑誌名: 日本物理学会誌 巻: 66巻 ページ: 180-186
• [雑誌論文] 酸化物単結晶の電場誘起超伝導 (2011)
  • 著者名/発表者名: 上野和紀
  • 雑誌名: 固体物理 巻: 46巻 ページ: 507-518
  • NAID: 40019076499
• [雑誌論文] Discovery of superconductivity in KTaO3 by electrostatic carrier doping (2011)
  • 著者名/発表者名: K. Ueno、S. Nakamura、H. Shimotani、H. T. Yuan、N. Kimura、T. Nojima、H. Aoki、Y. Iwasa、M. Kawasaki
  • 雑誌名: Nature Nanotechnology 巻: Vol.6 号: 7 ページ: 408-412
  • DOI: 10.1038/nnano.2011.78
  • 査読あり
• [雑誌論文] Insulating phase of a two-dimensional electron gas in MgxZn1-xO/ZnO heterostructures below nu=(1/3) (2011)
  • 著者名/発表者名: Y.Kozuka, A.Tsukazaki, D.Maryenko, J.Falson, S.Akasaka, K.Nakahara, S.Nakamura, A.Awaji, K.Ueno, M.Kawasaki
  • 雑誌名: Physical Review B 巻: 84 号: 3 ページ: 33304-33304
  • DOI: 10.1103/physrevb.84.033304
  • 査読あり
• [雑誌論文] Control of ferromagnetism at room temperature in (Ti,Co)O2-&delta via chemical doping of electron carriers (2011)
  • 著者名/発表者名: Y.Yamada, T.Fukumura, K.Ueno, M.Kawasaki
  • 雑誌名: Applied Physics Letters 巻: 99 号: 24 ページ: 242502-242502
  • DOI: 10.1063/1.3669505
  • 査読あり
• [雑誌論文] Electrically Induced Ferromagnetism at Room Temperature in Gobalt-Doped Titanium Dioxide (2011)
  • 著者名/発表者名: Y.Yamada, K.Ueno, T.Fukumura, H.T.Yuan, H.Shimotani, Y.Iwasa, L.Gu, S.Tsukimoto, Y.Ikuhara, M.Kawasaki
  • 雑誌名: SCIENCE 巻: 332 号: 6033 ページ: 1065-1067
  • DOI: 10.1126/science.1202152
  • 査読あり
• [雑誌論文] 化物界面に閉じ込めた二次元電子の超伝導と量子ホール効果 (2011)
  • 著者名/発表者名: Y.Yamada, K.Ueno, T.Fukumura, H.T.Yuan, H.Shimotani, Y.Iwasa, L.Gu, S.Tsukimoto, Y.Ikuhara, M.Kawasaki
  • 雑誌名: 日本物理学会氏 巻: 66 ページ: 180-186
• [雑誌論文] Emergence of superconductivity on a SrTiO_3 surface by electric-field charge accumulation (2011)
  • 著者名/発表者名: 上野和紀、中村慎太郎、下谷秀和、野島勉、岩佐義宏、川崎雅司
  • 雑誌名: Proceedings of SPIE 巻: 7940
• [雑誌論文] Observation of anomalous Hall effect in EuO epitaxial thin films grown by a pulse laser deposition (2011)
  • 著者名/発表者名: 山崎高志、上野和紀、塚崎敦、福村知昭、川崎雅司
  • 雑誌名: Applied Physics Letters 巻: 98
  • 査読あり
• [雑誌論文] Electric field control of two-dimensional electrons in polymer-gated oxide semiconductor heterostructures (2010)
  • 著者名/発表者名: M. Nakano, A. Tsukazaki, A. Ohtomo, K. Ueno, S. Akasaka, H. Yuji, K. Nakahara, T. Fukumura, M. Kawasaki
  • 雑誌名: Advanced Materials 巻: 22巻 ページ: 876-879
  • 査読あり
• [雑誌論文] Epitaxial Structure of(001) and(111)-Oriented Perovskite Ferrate Films Grown by Pulsed-Laser Deposition (2010)
  • 著者名/発表者名: S. Chakraverty, A. Ohtomo, M. Okude, K. Ueno, M. Kawasaki
  • 雑誌名: Crystal Growth and Design 巻: 10巻 ページ: 1725-1729
  • 査読あり
• [雑誌論文] Spatial distribution of two-dimensional electron gas in a ZnO/Mg_<0. 2> Zn_<0. 8> O heterostructure probed with a conducting polymer Schottky contact (2010)
  • 著者名/発表者名: M. Nakano, A. Tsukazaki, K. Ueno, R. Y. Gunji, A. Ohtomo, T. Fukumura, M. Kawasaki
  • 雑誌名: Applied Physics Letters 巻: 96巻
  • 査読あり
• [雑誌論文] Tuning of the metal-insulator transition in electrolyte-gated NdNiO_3 thin films (2010)
  • 著者名/発表者名: S. Asanuma, P. H. Xiang, H. Yamada, H. Sato, I. H. Inoue, H. Akoh, A. Sawa, K. Ueno, H. Shimotani, H. Yuan, M. Kawasaki, Y. Iwasa
  • 雑誌名: Applied Physics Letters 巻: 97巻
  • 査読あり
• [雑誌論文] Electrostatic charge accumulation versus electrochemical doping in SrTiO_3 electric double layer transistors (2010)
  • 著者名/発表者名: K. Ueno, H. Shimotani, Y. Iwasa, M. Kawasaki
  • 雑誌名: Applied Physics Letters 巻: 96巻
  • 査読あり
• [雑誌論文] 酸化亜鉛系分極不整合界面の2次元伝導と導電性高分子を用いた伝導性制御 (2010)
  • 著者名/発表者名: 塚崎敦、中野匡規、大友明、上野和紀、赤坂俊輔、湯地洋行、中原健、福村知昭、川崎雅司
  • 雑誌名: まてりあ 巻: 49巻 ページ: 312-313
  • NAID: 10026872759
• [雑誌論文] 電気二重層トランジスタを用いた電界効果超電導 (2010)
  • 著者名/発表者名: 上野和紀、下谷秀和、岩佐義宏、川崎雅司
  • 雑誌名: セラミックス 巻: 45巻 ページ: 918-922
• [雑誌論文] Tuning of the metal-insulator transition in electrolyte-gated NdNiO_3 thin films (2010)
  • 著者名/発表者名: 浅沼周太郎、Xiang Ping-Hua、山田浩之、佐藤弘、井上公、赤穂博司、澤彰仁、上野和紀、下谷秀和、Yuan Hong Tao, 川崎雅司、岩佐義宏
  • 雑誌名: Applied Physics Letters 巻: 97
  • 査読あり
• [雑誌論文] Electrostatic charge accumulation versus electrochemical doping in SrTiO_3 electric double layer transistors (2010)
  • 著者名/発表者名: 上野和紀、下谷秀和、岩佐義宏、川崎雅司
  • 雑誌名: Applied Physics Letters 巻: 96
  • 査読あり
• [雑誌論文] High-Throughput Screening of Ultraviolet-Visible Magnetooptical Properties of Spinel Ferrite (Zn,Co)Fe_2O_4 Solid Solution Epitaxial Film by a Composition-Spread Approach (2010)
  • 著者名/発表者名: 岩崎洋介、福村知昭、木村賢一、大久保勇男、長谷川哲也、広瀬靖、牧野哲征、上野和紀、川崎雅司
  • 雑誌名: Applied Physics Express 巻: 3
  • NAID: 10027441297
  • 査読あり
• [雑誌論文] 電気二重層トランジスタを用いた電界効果超電導上 (2010)
  • 著者名/発表者名: 上野和紀、下谷秀和、岩佐義宏、川崎雅司
  • 雑誌名: セラミックス 巻: 45 ページ: 918-922
• [雑誌論文] Electric field control of two-dimensional electrons in polymer-gated oxide semiconductor heterostructures (2010)
  • 著者名/発表者名: 中野匡規、上野和紀
  • 雑誌名: Advanced Materials (In press)
  • 査読あり
• [雑誌論文] Epitaxial Structure of(001)and(111)-Oriented Perovskite Ferrate Films Grown by Pulsed-Laser Deposition (2010)
  • 著者名/発表者名: スバンカ・チャクラバティ、上野和紀
  • 雑誌名: Crystal Growth & Design (In press)
  • 査読あり
• [雑誌論文] Spatial distribution of two-dimensional electron gas in a ZnO/Mg_<0.2>Zn_<0.8>O heterostructure probed with a conducting polymer Schottky contact (2010)
  • 著者名/発表者名: 中野匡規、上野和紀
  • 雑誌名: Appllied Physics Letters 96
  • 査読あり
• [雑誌論文] Co-doped TiO_2 films grown on glass : Room-temperature ferromagnetism accompanied with anomalous Hall effect and magneto-optical effect (2009)
  • 著者名/発表者名: T. Yamasaki, T. Fukumura, Y. Yamada, M. Nakano, K. Ueno, T. Makino, M. Kawasaki
  • 雑誌名: Applied Physics Letters 巻: 94巻
  • 査読あり
• [雑誌論文] Co-doped TiO_2 films grown on glass : Room-temperature ferro magnetism accompanied with anomalous Hall effect and magneto-ontical effect (2009)
  • 著者名/発表者名: 山崎高志、上野和紀
  • 雑誌名: Applied Physics Letters 94
  • 査読あり
• [学会発表] Two-dimensional superconductivity at an electrolyte/insulator interface (2011)
  • 著者名/発表者名: K. Ueno
  • 学会等名: ICAM Workshop New frontiers in the physics of two dimensional electron systems
  • 発表場所: Buenos Aires, Argentina
  • 年月日: 2011-11-24
• [学会発表] Two-dimensional superconductivity at an electrolyte/insulator interface (2011)
  • 著者名/発表者名: Kazunori Ueno
  • 学会等名: ICAM Workshop "New frontiers in the physics of two dimensional electron systems"
  • 発表場所: Buenos Aires, Argentina(招待講演)
  • 年月日: 2011-11-24
• [学会発表] 電場誘起による電解液/酸化物界面を用いた新規超伝導体の開発 (2011)
  • 著者名/発表者名: 上野和紀
  • 学会等名: 物性研短期研究会「エネルギー変換の物性科学」
  • 発表場所: 柏
  • 年月日: 2011-11-16
• [学会発表] 電場誘起による電解液/酸化物界面を用いた新規超伝導体の開発 (2011)
  • 著者名/発表者名: 上野和紀
  • 学会等名: 物性研短期研究会「エネルギー変換の物性科学」
  • 発表場所: 東京大学柏キャンパス(招待講演)
  • 年月日: 2011-11-16
• [学会発表] Two dimensionality on electric field induced superconductor (2011)
  • 著者名/発表者名: K. Ueno
  • 学会等名: International Workshop for Young Researchers on Topological Quantum Phenomena in Condensed Matter with Broken Symmetries
  • 発表場所: 琵琶湖
  • 年月日: 2011-11-05
• [学会発表] Two dimensionality on electric field induced superconductor (2011)
  • 著者名/発表者名: Kazunori Ueno
  • 学会等名: International Workshop for Young Researchers on Topological Quantum Phenomena in Condensed Matter with Broken Symmetries
  • 発表場所: Shiga, Japan(招待講演)
  • 年月日: 2011-11-05
• [学会発表] Development of a New Superconductor by Electric Field Effect (2011)
  • 著者名/発表者名: K. Ueno
  • 学会等名: BIT's 1st Annual World Congress of Nano-S & T
  • 発表場所: Dalian, China
  • 年月日: 2011-10-26
• [学会発表] Development of a New Superconductor by Electric Field Effect (2011)
  • 著者名/発表者名: Kazunori Ueno
  • 学会等名: BIT's 1st Annual World Congress of Nano-S&T
  • 発表場所: Dalian, China(招待講演)
  • 年月日: 2011-10-26
• [学会発表] 酸化物絶縁体表面での電場誘起超伝導 (2011)
  • 著者名/発表者名: 上野和紀
  • 学会等名: 2011年春季第58回応用物理学関係連合講演会
  • 発表場所: 厚木
  • 年月日: 2011-03-25
• [学会発表] Emergence of new phases on oxide surfaces by electric-field charge accumulation (2011)
  • 著者名/発表者名: K. Ueno
  • 学会等名: SPIE Photonics West 2011
  • 発表場所: San Francisco, U. S. A.
  • 年月日: 2011-01-25
• [学会発表] Low temperature operation of a field-effect transistor of SrTiO_3 with an robust atomic-layer-deposition gate dielectric (2011)
  • 著者名/発表者名: 上野和紀
  • 学会等名: SPIE Photonics West 2011
  • 発表場所: サンフランシスコ、米国
  • 年月日: 2011-01-25
• [学会発表] Low temperature operation of a field-effect transistor of SrTiO_3 with an robust atomic-layer-deposition gate dielectric (2010)
  • 著者名/発表者名: K. Ueno
  • 学会等名: 17th International Workshop on Oxide Electronics(WOE17)
  • 発表場所: 淡路島
  • 年月日: 2010-09-20
• [学会発表] Low temperature operation of a field-effect transistor of SrTiO_3 with an robust atomie-layer-deposition gate dielectric (2010)
  • 著者名/発表者名: 上野和紀
  • 学会等名: 17th International Workshop on Oxide Electronics (WOE17)
  • 発表場所: 淡路島
  • 年月日: 2010-09-20
• [学会発表] Insulator to Metal Transition in a non-doped KTaO_3 single crystal induced by Electric Double Layer Gating (2009)
  • 著者名/発表者名: 上野和紀
  • 学会等名: The 16th international workshop on oxide electronics(WOE16)
  • 発表場所: タラゴナ、スペイン
  • 年月日: 2009-10-05
• [学会発表] 酸化物半導体の電界誘起超伝導 (2009)
  • 著者名/発表者名: 上野和紀
  • 学会等名: 日本物理学会
  • 発表場所: 熊本
  • 年月日: 2009-09-26
• [学会発表] KTaO_3をチャネルとした電気二重層トランジスタ (2009)
  • 著者名/発表者名: 上野和紀
  • 学会等名: 応用物理学会
  • 発表場所: 富山
  • 年月日: 2009-09-05
• [学会発表] Electric field charge accumulation and induced superconductivity in an insulator (2009)
  • 著者名/発表者名: K. Ueno
  • 学会等名: IEEE International Magnetics Conference(INTERMAG2009)
  • 発表場所: Sacramento, U. S. A.
  • 年月日: 2009-05-04
• [学会発表] Electric field charge accumulation and induced superconductivity in an insulator (2009)
  • 著者名/発表者名: 上野和紀
  • 学会等名: IEEE International Magnetics Conference(INTERMAG2009)
  • 発表場所: サクラメント、U.S.A.
  • 年月日: 2009-05-04
• [学会発表] Field-effect modulation of superconductivity in non-doped SrTiO_3 single crystal with double gate configuration (2009)
  • 著者名/発表者名: K. Ueno
  • 学会等名: MRS Spring Meeting
  • 発表場所: San Francisco, U. S. A.
  • 年月日: 2009-04-15
• [学会発表] Field-effect modulation of superconductivity in non-doped SrTiO_3 single crystal with double gate configuration (2009)
  • 著者名/発表者名: 上野和紀
  • 学会等名: MRS Spring Meeting
  • 発表場所: サンフランシスコ、U.S.A.
  • 年月日: 2009-04-15