| 研究課題/領域番号 |
22KJ0277
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| 補助金の研究課題番号 |
22J14507 (2022)
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| 研究種目 |
特別研究員奨励費
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| 配分区分 | 基金 (2023)
補助金 (2022) |
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| 応募区分 | 国内 |
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| 審査区分 |
小区分29020:薄膜および表面界面物性関連
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| 研究機関 | 東北大学 |
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研究代表者 |
山本 裕貴 東北大学, 理学研究科, 特別研究員(DC2)
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| 研究期間 (年度) |
2023-03-08 – 2024-03-31
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| 研究課題ステータス |
完了 (2023年度)
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| 配分額 *注記 |
1,700千円 (直接経費: 1,700千円)
2023年度: 800千円 (直接経費: 800千円)
2022年度: 900千円 (直接経費: 900千円)
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| キーワード | Pn正方格子 / p型高移動度半金属 / エピタキシャル薄膜 / 多層膜固相エピタキシー法 / 層状物質 / Sb正方格子 / 薄膜成長 / 多層膜固相エピタキシー |
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| 研究開始時の研究の概要 |
本研究では、単原子ニクトゲン (Sb, Bi)正方格子が電気伝導を担う、La2O2Pn (Pn =Sb, Bi)を対象として、多層膜固相エピタキシー法により エピタキシャル薄膜を合成し、単原子Pn正方格子に由来したイントリンシックな電子物性を明らかにする。同時に、合成条件の最適化により、 高結晶性のエピタキシャル薄膜を実現し、電子物性における格子歪みの効果を明らかにし、高移動度や超伝導などの物性開拓もめざす。
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| 研究実績の概要 |
本年度は多層膜固相エピタキシー法を用いてLa2O2Sbと同じ結晶構造をもつ物質であるLa2O2Bi薄膜の合成を行った。X線光電子分光により、異常原子価であるBiマイナス2価を支持する結果がえられた。また、ホール測定において温度依存性のキャリア反転が観測されたこと。吸光度測定においてバンドギャップが存在しなかったこと、これら2点から、La2O2Biの半金属的な性質が示唆された。さらに低温領域において、過去のLa2O2.08Biバルクの値と比較しておよそ3倍の高いp型の高移動度を観測した。なおLa2O2Biに関する成果についてはApplied Nano Materials誌に掲載された。
前年度に薄膜が劣化したために成功しなかったLa2O2Sb薄膜のTEM測定について、九州大学超顕微センターの協力をえて、部分的に劣化の進んだ薄膜から、劣化のない領域を選択的に取得・観測する手法を用いて、La2O2Sb薄膜の断面TEM観察に成功した。断面にはLa2O2Sbの結晶構造が確認され、未反応のアモルファス層が全く存在しなかったことから、固相反応が完全に進展しており、La2O2Sb薄膜における高い電気伝導率がアモルファス層など不純物層に由来するものではなく、La2O2Sb自体に由来するものであることを明らかにした。
さらに、前年度にDarmstadt工科大学にてMBE(分子線エピタキシー)法を用いて合成した薄膜について物性評価を行った。電気伝導率は多層膜エピタキシー法で合成したものと同程度を示した一方、キャリア密度は10倍、移動度は10分の1程度であった。これはMBEで合成した膜の高いアンチモン欠損率によるものと考えられる。この結果からLaサイトの置換によるドーピングに頼ることなく、Sbサイトの欠損量制御のみでキャリア制御ができる可能性が示された。
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