機能性界面における非平衡量子電子輸送特性

• 研究課題/領域番号: 22760500
• 研究種目: 若手研究(B)
• 配分区分: 補助金
• 研究分野: 金属物性
• 研究機関: 東北大学
• 研究代表者: 王 中長 東北大学, 原子分子材料科学高等研究機構, 助教 (20510548)
• 研究期間 (年度): 2010 – 2011
• 研究課題ステータス: 完了 (2011年度)
• 配分額: 4,030千円 (直接経費: 3,100千円、間接経費: 930千円); 2011年度: 1,560千円 (直接経費: 1,200千円、間接経費: 360千円); 2010年度: 2,470千円 (直接経費: 1,900千円、間接経費: 570千円)
• キーワード: 界面 / 電子顕微鏡 / 第一原理計算 / 粒界 / 二次元電子系 / 電子状態 / 電子材料 / 原子構造

研究概要

SiC用電極作製には、金属/SiC界面化学反応が不可欠であり、形成される化合物が電極特性に影響を及ぼす。SiC上にチタンとアルミニウムを堆積させて、高温熱処理によりTi_3SiC_2化合物の形成を走査透過電子顕微鏡より同定した。STEM観察から界面は原子レベルで平坦であり格子不整合に起因したミスフィット転移の形成が無い高い整合性を有していた。第一原理計算によるSi-C-Si界面に炭素一層を介することによって、ワイドギャップ半導体用電極界面に形成されるショットキー障壁が著しく低減して、低抵抗界面を形成することが分かった。
伝導電子を生み出すキャリア供給層をSrTiO3絶縁体間に挟み込んだ「絶縁体層/キャリア供給層/絶縁体層」の層状界面構造をもつ高品質超格子構造を作製し、絶縁体層の体積を増加させると反対に電気が流れやすい金属状態になる現象(導電化)を発見しました。最新の電子顕微鏡技術を用いた原子構造解析と電子状態の理論計算を駆使して、「絶縁体を増加させると界面で結晶のひずみが少なくなり高導電化すること」を解明しました。

研究成果

• [雑誌論文] Enhanced Gas-sensing Properties by SnO_2 Nanosphere Functionalized TiO_2 Nanobelts (2012)
  • 著者名/発表者名: Wen Zeng, Tianmo Liu, Zhongchang Wang
  • 雑誌名: Journal of Materials Chemistry 巻: 22 ページ: 3544-3544
  • 査読あり
• [雑誌論文] Double Change Channel Angular Pressing of Magnesium Alloys AZ31 (2012)
  • 著者名/発表者名: Liwei Lu, Tianmo Liu, Yong Chen, Liguang Wang, Zhongchang Wang
  • 雑誌名: Materials and Design 巻: 35 ページ: 138-138
  • 査読あり
• [雑誌論文] Microstructure and Corrosion Behavior of AZ31 Alloys Prepared by Dual Directional Extrusion (2012)
  • 著者名/発表者名: Liwei Lu, Tianmo Liu, Jian Chen, Zhongchang Wang
  • 雑誌名: Materials and Design 巻: 36 ページ: 687-687
  • 査読あり
• [雑誌論文] Electrical Conductivity Optimization in Electrolyte-free Fuel Cells by Single-component Ce_<0. 8> Sm_<0. 2> O_<2-δ>-Li_<0. 15> Ni_<0. 45> Zn_<0. 4> Layer (2012)
  • 著者名/発表者名: Yanjie Xia, Xiaojuan Liu, Yijia Bai, Hongping Li, Xiaolong Deng, Xiaodong Niu, Xiaojie Wu, Defeng Zhou, Minfeng Lv, Zhongchang Wang, Jian Meng
  • 雑誌名: RSC Advances 巻: 2 ページ: 3828-3828
  • 査読あり
• [雑誌論文] Effect of Annealing on Microstructure Evolution and Mechanical Property of Cold Forged Magnesium Pipes (2012)
  • 著者名/発表者名: Liwei Lu, Tianmo Liu, Ming-jen Tan, Jian Chen, Zhongchang Wang
  • 雑誌名: Materials and Design 巻: 39 ページ: 131-131
  • 査読あり
• [雑誌論文] Deformation and Fracture Behavior of Hot Extruded Mg Alloys AZ31 (2012)
  • 著者名/発表者名: Liwei Lu, Tianmo Liu, Yong Chen, Zhongchang Wang
  • 雑誌名: Materials Characterization 巻: 67 ページ: 93-93
  • 査読あり
• [雑誌論文] Gas-sensing Property Performance Enhancement in ZnO Nanostructures by Hierarchical Morphology (2012)
  • 著者名/発表者名: Weiwei Guo, Tianmo Liu, Hejing Zhang, Rong Sun, Yong Chen, Wen Zeng, Zhongchang Wang
  • 雑誌名: Sensors and Actuators B 巻: 492 ページ: 166-167
  • 査読あり
• [雑誌論文] Structural and Electronic Impact of SrTiO_3 Substrate on TiO_2 Thin Films (2012)
  • 著者名/発表者名: Zhongchang Wang, Rong Sun, Chunlin Chen, Mitsuhiro Saito, Susumu Tsukimoto, Yuichi Ikuhara
  • 雑誌名: Journal of Materials Science 巻: 47 ページ: 5148-5148
  • 査読あり
• [雑誌論文] Insulator-Metal Transition Driven by Pressure and B-Site Disorder in Double Perovskite La_2CoMnO_6 (2012)
  • 著者名/発表者名: Shuhui Lv, Xiaojuan Liu, Hongping Li, Lin Han, Zhongchang Wang, Jian Meng
  • 雑誌名: Journal of Computational Chemistry 巻: 33 ページ: 1433-1433
  • 査読あり
• [雑誌論文] Adhesion, Atomic Structure and Bonding Variation at TiN/VN Interface by Chemical Segregation (2012)
  • 著者名/発表者名: Deqiang Yin, Xianghe Peng, Yi Qin, Zhongchang Wang
  • 雑誌名: Surface and Interface Analysis 巻: (In press)
  • 査読あり
• [雑誌論文] Microstructural Study of Forged Magnesium Pipes at Room Temperature (2012)
  • 著者名/発表者名: Liwei Lu, Tianmo Liu, Ming-Jen Tan, Yong Chen, Zhongchang Wang
  • 雑誌名: Materials Science and Technology 巻: (In Press)
  • 査読あり
• [雑誌論文] Electrical Properties Optimization of Calcium Co-doping System : CeO_2-Sm_2O_3 (2012)
  • 著者名/発表者名: Yanjie Xia, Xiaojuan Liu, Yijia Bai, Hongping Li, Xiaolong Deng, Xiaodong Niu, Xiaojie Wu, Defeng Zhou, Minfeng Lv, Zhongchang Wang, Jian Meng
  • 雑誌名: International Journal of Hydrogen Energy 巻: (In Press)
  • 査読あり
• [雑誌論文] Structural and electronic impact of SrTiO3 substrate on T1O2 thin films (2012)
  • 著者名/発表者名: ZC. Wang, R. Sun, CL Chen, M. Saito, S. Tsukimoto, Y. Ikuhara
  • 雑誌名: Journal of Materials Science 巻: 47(13) 号: 13 ページ: 5148-5157
  • DOI: 10.1007/s10853-012-6392-4
  • 査読あり
• [雑誌論文] Atomic-Scale Ti_3SiC_2 Bilayers Embedded in SiC : Formation of Point Fermi Surface (2011)
  • 著者名/発表者名: Zhongchang Wang, Susumu Tsukimoto, Rong Sun, Mitsuhiro Saito, Yuichi Ikuhara
  • 雑誌名: Applied Physics Letters 巻: 98 ページ: 104101-104101
  • 査読あり
• [雑誌論文] Gas-sensing Property Improvement of ZnO by Hierarchical Flower-like Architectures (2011)
  • 著者名/発表者名: Weiwei Guo, Tianmo Liu, Wen Zeng, Dejun Liu, Yong Chen, Zhongchang Wang
  • 雑誌名: Materials Letters 巻: 65 ページ: 3384-3384
  • 査読あり
• [雑誌論文] Heterointerfaces : Atomic Structures, Electronic States, and Related Properties (2011)
  • 著者名/発表者名: Zhongchang Wang, Mitsuhiro Saito, Susumu Tsukimoto, Yuichi Ikuhara
  • 雑誌名: Journal of the Ceramics Society of Japan 巻: 119 ページ: 783-783
  • 査読あり
• [雑誌論文] Quantifying Adhesion Energy of Mechanical Coatings at Atomistic Scale (2011)
  • 著者名/発表者名: Deqiang Yin, Xianghe Peng, Yi Qin, Jiling Feng, Zhongchang Wang
  • 雑誌名: Applied Surface Science 巻: 258 ページ: 1451-1451
  • 査読あり
• [雑誌論文] Atom-Resolved Imaging of Ordered Defect Superstructures at Individual Grain Boundaries (2011)
  • 著者名/発表者名: Zhongchang Wang, Mitsuhiro Saito, Keith P. McKenna, Lin Gu, Susumu Tsukimoto, Alexander L. Shluger, Yuichi Ikuhara
  • 雑誌名: Nature 巻: 479 ページ: 380-380
  • 査読あり
• [雑誌論文] Strain Control of Orbital Polarization and Corrected Metal-Insulator Transition in La_2CoMnO_6 from First Principles (2011)
  • 著者名/発表者名: Shuhui Lv, Hongping Li, Zhongchang Wang, Lin Han, Yao Liu, Xiaojuan Liu, Jian Meng
  • 雑誌名: Applied Physics Letters 巻: 99 ページ: 202110-202110
  • 査読あり
• [雑誌論文] Atom-resolved imaging of ordered defect superstructures at individual grain boundaries (2011)
  • 著者名/発表者名: Z.C.Wang, M.Saito, K.P.McKenna, L.Gu, S.Tsukimoto, A.L.Shluger, Y.Ikuhara
  • 雑誌名: NATURE 巻: 479 号: 7373 ページ: 380-383
  • DOI: 10.1038/nature10593
  • 査読あり
• [雑誌論文] Heterointerfaces: atomic structures, electronic states, and related properties (2011)
  • 著者名/発表者名: Z.C.Wang, M.Saito, S.Tsukimoto, Y.Ikuhara
  • 雑誌名: Journal of the Ceramic Society of Japan 巻: 119 号: 1395 ページ: 783-793
  • DOI: 10.2109/jcersj2.119.783
  • NAID: 130001310502
  • ISSN: 1348-6535, 1882-0743
  • 査読あり
• [雑誌論文] Atomic-scale Ti_3SiC_2 bilayers embedded in SiC : Formation of point Fermi surface (2011)
  • 著者名/発表者名: Z.C.Wang, S.Tsukimoto, R.Sun, M.Saito, Y.Ikuhara
  • 雑誌名: Applied Physics Letters 巻: 98
  • 査読あり
• [雑誌論文] Microstructure and Gas-Sensing Property of Titania-Added ZnSnO_3 (2010)
  • 著者名/発表者名: Wen Zeng, Tianmo Liu, Zhongchang Wang
  • 雑誌名: Materials Transactions 巻: 51 ページ: 1326-1326
  • 査読あり
• [雑誌論文] Electronic Property and Bonding Configuration at the TiN(111)/VN(111)Interface (2010)
  • 著者名/発表者名: Deqiang Yin, Xianghe Peng, Yi Qin, Zhongchang Wang
  • 雑誌名: Journal of Applied Physics 巻: 108 ページ: 33714-33714
  • 査読あり
• [雑誌論文] Microstructure Evolution of Dual-Directional-Extruded Mg Alloy AZ31 : An Experimental and Simulation Study (2010)
  • 著者名/発表者名: Liwei Lu, Tianmo Liu, Yong Chen, Liguang Wang, Zhongchang Wang
  • 雑誌名: Materials Transactions 巻: 51 ページ: 2088-2088
  • 査読あり
• [雑誌論文] Dimensionality-Driven Insulator-Metal Transition in A-Site Excess Nonstoichiometric Perovskites (2010)
  • 著者名/発表者名: Zhongchang Wang, Masaki Okude, Mitsuhiro Saito, Susumu Tsukimoto, Akira Ohtomo, Masaru Tsukada, Masashi Kawasaki, Yuichi Ikuhara
  • 雑誌名: Nature Communications 巻: 1 ページ: 106-106
  • 査読あり
• [雑誌論文] Sensitivity Improvement of TiO_2-doped SnO_2 to Volatile Organic Compounds (2010)
  • 著者名/発表者名: Wen Zeng, Tianmo Liu, Zhongchang Wang
  • 雑誌名: Physica E 巻: 43 ページ: 633-633
  • 査読あり
• [雑誌論文] Atomic-Scale Structure and Electronic Property of the LaAlO_3/TiO_2 Interface (2010)
  • 著者名/発表者名: Zhongchang Wang, Wen Zeng, Lin Gu, Mitsuhiro Saito, Susumu Tsukimoto, Yuichi Ikuhara
  • 雑誌名: Journal of Applied Physics 巻: 108 ページ: 113701-113701
  • 査読あり
• [雑誌論文] Atomic-scale structure and electronic property of the LaAlO_3/TiO_2 interface (2010)
  • 著者名/発表者名: Z.C.Wang, W.Zeng, L.Gu, M.Saito, S.Tsukimoto, Y.Ikuhara
  • 雑誌名: Journal of Applied Physics 巻: 108
  • 査読あり
• [雑誌論文] Dimensionality-driven insulator-metal transition in A-site excess non-stoichiometric perovskites (2010)
  • 著者名/発表者名: Z.C.Wang, M.Okude, M.Saito, S.Tsukimoto, A.Ohtomo, (他3名)
  • 雑誌名: Nature Communications 巻: 1
  • 査読あり
• [学会発表] Atom-by-Atom Analysis of Functional Ceramics Interfaces and Grain Boundaries (2012)
  • 著者名/発表者名: Z. C. Wang, M. Saito, S. Tsukimoto, Y. Ikuhara
  • 学会等名: The 3^<rd> International Symposium on Advanced Microscopy and Theoretical Calculations (AMTC3)
  • 発表場所: Nagaragawa Convention Center, Gifu City, Japan
• [学会発表] Atomic-Scale Structure and Electronic Property of the SrTiO_3/TiO_2 Interface (2012)
  • 著者名/発表者名: Z. C. Wang, M. Saito, R. Sun, C. L. Chen, S. Tsukimoto, Y. Ikuhara
  • 学会等名: International Symposium on Role of Electron Microscopy in Industry
  • 発表場所: Nagoya University, Nagoya, Japan
• [学会発表] Atom-by-atom Analysis of Functional Ceramics Interfaces (2011)
  • 著者名/発表者名: Z.C.Wang, M.Saito, S.Tsukimoto, Y.Ikuhara
  • 学会等名: The 21st Academic Symposium of Materials Research Society-Japan (MRS-J)
  • 発表場所: Yokohama, Japan(招待講演)
  • 年月日: 2011-12-20
• [学会発表] Insulator-to-Metal Transition Induced by Insulating Layers in A-site Excess Nonstoichiometric Oxides (2011)
  • 著者名/発表者名: Z.C.Wang, M.Okude, M.Saito, S.Tsukimoto, A.Ohtomo, M.Tsukada, M.Kawasaki, Y.Ikuhara
  • 学会等名: Materials Science and Technology (MS&T2011)
  • 発表場所: Columbus, Ohio, USA
  • 年月日: 2011-10-19
• [学会発表] Direct Imaging of Ordered Defect Superstructures at Grain Boundaries (2011)
  • 著者名/発表者名: Z.C.Wang, M.Saito, K.McKenna, L.Gu, S.Tsukimoto, A.Shluger, Y.Ikuhara
  • 学会等名: Materials Science and Technology (MS&T2011)
  • 発表場所: Columbus, Ohio, USA
  • 年月日: 2011-10-17
• [学会発表] Atom-by-atom Analysis of of Functional Ceramics Interfaces (2011)
  • 著者名/発表者名: Z.C.Wang, M.Saito, S.Tsukimoto, Y.Ikuhara
  • 学会等名: The 3rd International Conference on Heterogeneous Materials Mechanics (ICHMM 2011)
  • 発表場所: Shanghai, China(招待講演)
  • 年月日: 2011-05-24
• [学会発表] Atom-by-Atom Analysis of Functional Ceramics Interfaces (2011)
  • 著者名/発表者名: Z. C. Wang, M. Saito, S. Tsukimoto, Y. Ikuhara
  • 学会等名: The 21^<st> Academic Symposium of MRS-J
  • 発表場所: Yokohama, Japan
• [学会発表] Insulating-Layer-Induced Insulator-to-Metal Transition in A-site Excess Nonstoichiometric Perovskites (2011)
  • 著者名/発表者名: Z. C. Wang, M. Okude, M. Saito, S. Tsukimoto, A. Ohtomo, M. Tsukada, M. Kawasaki, Y. Ikuhara
  • 学会等名: 15^<th> International Conference on Thin Films
  • 発表場所: Kyoto, Japan
• [学会発表] Insulator-to-Metal Transition Induced by Insulating Layers in A-site Excess Nonstoichiometric Oxides (2011)
  • 著者名/発表者名: Z. C. Wang, M. Okude, M. Saito, S. Tsukimoto, A. Ohtomo, M. Tsukada, M. Kawasaki, Y. Ikuhara
  • 学会等名: Materials Science and Technology
  • 発表場所: Columbus, Ohio, US
• [学会発表] Direct Imaging of Ordered Defect Superstructures at Grain Boundaries (2011)
  • 著者名/発表者名: Z. C. Wang, M. Saito, K. McKenna, L. Gu, S. Tsukimoto, A. Shluger, Y. Ikuhara
  • 学会等名: Materials Science and Technology
  • 発表場所: Columbus, Ohio, US
• [学会発表] Insulating-Layer-Induced Insulator-to-Metal Transition in Ruddlesden-Popper Series (2011)
  • 著者名/発表者名: Z. C. Wang, M. Saito, S. Tsukimoto, T. Mizoguchi, M. Okude, A. Ohtomo, T. Kita, M. Tsukada, M. Kawasaki, Y. Ikuhara
  • 学会等名: International Workshop on Advanced Electron Microscopy and Applications in Materials Science
  • 発表場所: Shenyang, China
• [学会発表] Atom-by-atom Analysis of Functional Ceramics Interfaces (2011)
  • 著者名/発表者名: Z. C. Wang, M. Saito, S. Tsukimoto, Y. Ikuhara
  • 学会等名: The 3^<rd> International Conference on Heterogeneous Materials Mechanics (ICHMM 2011)
  • 発表場所: Chongming island, Shanghai, China
• [学会発表] Insulator-to-metal transition driven by an insulating layer in Ruddlesden-Popper series (2010)
  • 著者名/発表者名: Z.C.Wang, M.Okude, M.Saito, S.Tsukimoto, A.Ohtomo, (他3名)
  • 学会等名: The 20th Academic Symposium of MRS-J
  • 発表場所: Yokohama, Japan
  • 年月日: 2010-12-21
• [学会発表] Quantum electron transport through function interfaces (2010)
  • 著者名/発表者名: Z.C.Wang, S.Tsukimoto, M.Saito, Y.Ikuhara
  • 学会等名: The 2nd International Symposium on Advanced Microscopy and Theoretical Calculations (AMTC2)
  • 発表場所: Nagoya Congress Center, Nagoya
  • 年月日: 2010-06-26
• [学会発表] Insulator-to-Metal Transition Driven by an Insulating Layer in Ruddlesden-Popper Series (2010)
  • 著者名/発表者名: Z. C. Wang, M. Okude, M. Saito, S. Tsukimoto, A. Ohtomo, M. Tsukada, M. Kawasaki, Y. Ikuhara
  • 学会等名: The 20^<th> Academic Symposium of MRS-J
  • 発表場所: Yokohama, Japan
• [学会発表] Introducing Ohmic Contacts into SiC Technology (2010)
  • 著者名/発表者名: Z. C. Wang, S. Tsukimoto, M. Saito, Y. Ikuhara
  • 学会等名: The 6^<th> International Conference on Physical and Numerical Simulation of Materials Processing (ICPNS 2010)
  • 発表場所: Cuilin, Guxi Province, China
• [学会発表] Atomic-Scale Structure and Electron Transport of SiC/Ti_3SiC_2 Interface (2010)
  • 著者名/発表者名: Z. C. Wang, S. Tsukimoto, M. Saito, Y. Ikuhara
  • 学会等名: The 13^<th> International Conference on Intergranular and Interphase Boundaries in Materials (iib2010)
  • 発表場所: Shima, Mie, Japan
• [学会発表] Quantum Electron Transport through Functional Interfaces (2010)
  • 著者名/発表者名: Z. C. Wang, S. Tsukimoto, M. Saito, Y. Ikuhara
  • 学会等名: The 2^<nd> International Symposium on Advanced Microscopy and Theoretical Calculations (AMTC2)
  • 発表場所: Nagoya, Japan
• [学会発表] Interface Atomic-Scale Structure and its Impact on Quantum Electron Transport (2010)
  • 著者名/発表者名: Z. C. Wang
  • 学会等名: The Third International Conference on Modeling and Simulation (ICMS2010)
  • 発表場所: WuXi, JiangSu, China
• [図書] Silicon Carbide. Materials, Processing and Applications in Electronic Device (2011)
  • 著者名/発表者名: Z. C. Wang
  • 出版者: INTECH open