酸化亜鉛系強相関２次元電子系の輸送特性評価と新奇量子相探索に関する研究

• 研究課題/領域番号: 23686008
• 研究種目: 若手研究(A)
• 配分区分: 補助金
• 研究分野: 薄膜・表面界面物性
• 研究機関: 東北大学 (2013); 東京大学 (2011-2012)
• 研究代表者: 塚崎 敦 東北大学, 金属材料研究所, 教授 (50400396)
• 研究期間 (年度): 2011-04-01 – 2014-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2013年度)
• 配分額: 28,340千円 (直接経費: 21,800千円、間接経費: 6,540千円); 2013年度: 2,600千円 (直接経費: 2,000千円、間接経費: 600千円); 2012年度: 6,500千円 (直接経費: 5,000千円、間接経費: 1,500千円); 2011年度: 19,240千円 (直接経費: 14,800千円、間接経費: 4,440千円)
• キーワード: 界面 / 量子輸送現象 / 半導体物性 / 結晶工学 / 表面・界面物性 / 量子エレクトロニクス / 強相関エレクトロニクス

研究概要

本研究では、酸化物薄膜界面で唯一、量子ホール効果の観測可能な超高移動度2次元電子系を形成できる酸化亜鉛系ヘテロ構造を用いて、電子相関の発現する2次元電子量子輸送特性を評価した。試料は分子線エピタキシー法によって作製し、電子移動度を80万cm2V-1s-1近くまで上昇させることに成功した。また、輸送特性評価に加えて、サイクロトロン共鳴を行い、電子相関の寄与を明らかにした。低濃度領域での金属的伝導現象をさらに誘起するために、試料表面の接触しない電界効果素子の作製に成功し、実際に低濃度領域の評価可能範囲を拡張できた。

研究成果

• [雑誌論文] ZnOヘテロ構造を用いた光・電子素子応用への展望 (2014)
  • 著者名/発表者名: 塚﨑敦、小塚裕介、川﨑雅司
  • 雑誌名: 電子情報通信学会誌3月号 巻: 97 ページ: 227-232
  • 査読あり
• [雑誌論文] Surface and interface engineering of ZnO based heterostructures fabricated by pulsed-laser deposition (2014)
  • 著者名/発表者名: A. Tsukazaki, A. Ohtomo, M. Kawasaki
  • 雑誌名: Journal of Physics D : Applied Physics 巻: 47, 034003 ページ: 1-19
  • 査読あり
• [雑誌論文] Challenges and opportunities of ZnO-related single crystalline heterostructures (2014)
  • 著者名/発表者名: Y. Kozuka, A. Tsukazaki, M. Kawasaki
  • 雑誌名: Applied Physical Review 巻: 1, 011303 ページ: 1-18
  • 査読あり
• [雑誌論文] Challenges and opportunities of ZnO-related single crystalline heterostructures (2014)
  • 著者名/発表者名: Y. Kozuka, A. Tsukazaki, M. Kawasaki
  • 雑誌名: Applied Physics Review 巻: 1 号: 1 ページ: 011303-011303
  • DOI: 10.1063/1.4853535
  • 査読あり
• [雑誌論文] Surface and interface engineering of ZnO based heterostructures fabricated by pulsed-laser deposition (2014)
  • 著者名/発表者名: A. Tsukazaki, A. Ohtomo, M. Kawasaki
  • 雑誌名: Journal of Physics D: Applied Physics 巻: 47 号: 3 ページ: 034003-034003
  • DOI: 10.1088/0022-3727/47/3/034003
  • 査読あり
• [雑誌論文] Rashba spin-orbit interactions in a Mg_xZn_<1-x>O/ZnO two-dimensional electron gas studied by electrically-detected electron spin resonance (2013)
  • 著者名/発表者名: Y. Kozuka, S. Teraoka, J. Falson, A. Oiwa, A. Tsukazaki, S. Tarucha, M. Kawasaki
  • 雑誌名: Physical Review B 巻: 87, 205411 ページ: 1-5
  • 査読あり
• [雑誌論文] Magneto-photoluminescence of charged excitons from Mg_xZn_<1-x>O/ZnO heterojunctons (2013)
  • 著者名/発表者名: T. Makino, Y. Segawa, A. Tsukazaki, R. Shen, S. Takeyama, H. Yuji, Y. Nishimoto, S. Akasaka, D. Takamizu, K. Nakahara, T. Tanabe, A. Kamisawa, M. Kawasaki
  • 雑誌名: Physical Review B 巻: 87, 085312 ページ: 1-7
  • 査読あり
• [雑誌論文] Magneto-photoluminescence of charged excitons from MgxZn1-xO/ZnO heterojunctons (2013)
  • 著者名/発表者名: T. Makino, Y. Segawa, A. Tsukazaki, R. Shen, S. Takeyama, H. Yuji, Y. Nishimoto, S. Akasaka, D. Takamizu, K. Nakahara, T. Tanabe, A. Kamisawa, M. Kawasaki
  • 雑誌名: Physical Review B 巻: 87 号: 8
  • DOI: 10.1103/physrevb.87.085312
  • 査読あり
• [雑誌論文] Rashba spin-orbit interaction in a MgxZn1-xO/ZnO two-dimensional electron gas studied by electrically detected electron spin resonance (2013)
  • 著者名/発表者名: Y. Kozuka, S. Teraoka, J. Falson, A. Oiwa, A. Tsukazaki, S. Tarucha, and M. Kawasaki
  • 雑誌名: PHYSICAL REVIEW B 巻: 87 号: 20
  • DOI: 10.1103/physrevb.87.205411
  • 査読あり
• [雑誌論文] Temperature-dependent magnetotransport around v=1/2 in ZnO heterostructures (2012)
  • 著者名/発表者名: D. Maryenko, J. Falson, Y. Kozuka, A. Tsukazaki, M. Onoda, H. Aoki, M. Kawasaki
  • 雑誌名: Physical Review Letters 巻: 108, 186803 ページ: 1-5
  • 査読あり
• [雑誌論文] Correlation enhanced effective mass of two-dimensional electrons in Mg_xZn_<1-x>O/ZnO heterostructures (2012)
  • 著者名/発表者名: Y. Kasahara, Y. Oshima, J. Falson, Y. Kozuka, A. Tsukazaki, M. Kawasaki, Y. Iwasa
  • 雑誌名: Physical Review Letters 巻: 109, 246401 ページ: 1-5
  • 査読あり
• [雑誌論文] Single-valley quantum Hall ferromagnet in a dilute Mg_xZn_<1-x>O/ZnO strongly correlated two-dimensional electron system (2012)
  • 著者名/発表者名: Y. Kozuka, A. Tsukazaki, D. Maryenko, J. Falson, C. Bell, M. Kim, Y. Hikita, H. Y. Hwang, M. Kawasaki
  • 雑誌名: Physical Review B 巻: 85, 075302 ページ: 1-5
  • 査読あり
• [雑誌論文] Correlation-Enhanced Effective Mass of Two-Dimensional Electrons in MgxZn1-xO/ZnO Heterostructures (2012)
  • 著者名/発表者名: Y. Kasahara, Y. Oshima, J. Falson, Y. Kozuka, A. Tsukazaki, M. Kawasaki, Y. Iwasa
  • 雑誌名: Physical Review Letters 巻: 109 号: 24
  • DOI: 10.1103/physrevlett.109.246401
  • 査読あり
• [雑誌論文] Temperature-Dependent Magnetotransport around nu=1/2 in ZnO Heterostructures (2012)
  • 著者名/発表者名: D. Maryenko, J. Falson, Y. Kozuka, A. Tsukazaki, M. Onoda, H. Aoki, M. Kawasaki
  • 雑誌名: Physical Review Letters 巻: 108 号: 18
  • DOI: 10.1103/physrevlett.108.186803
  • 査読あり
• [雑誌論文] Single-Valley Quantum Hall Ferromagnet in a Dilute Mg_xZn_<1-x>O/ZnO Two-Dimensional Electron System (2012)
  • 著者名/発表者名: Y.Kozuka, et al.
  • 雑誌名: Physical Review B 巻: 85 号: 7
  • DOI: 10.1103/physrevb.85.075302
  • 査読あり
• [雑誌論文] Insulating phase of a two-dimensional electron gas in Mg_xZn_<1-x>O/ZnO heterostructures below v=1/3 (2011)
  • 著者名/発表者名: Y. Kozuka, A. Tsukazaki, D. Maryenko, J. Falson, S. Akasaka, K. Nakahara, S. Nakamura, S. Awaji, K. Ueno, M. Kawasaki
  • 雑誌名: Physical Review B 巻: 84, 033304 ページ: 1-4
  • 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
• [学会発表] High mobility 2D transport in well-regulated ZnO based wurtzite heterostructures (2013)
  • 著者名/発表者名: A. Tsukazaki
  • 学会等名: MRS Fall meeting
  • 発表場所: Boston, USA
  • 年月日: 2013-12-04
• [学会発表] 酸化物薄膜研究の自由度について (2013)
  • 著者名/発表者名: 塚崎敦
  • 学会等名: 酸化物研究の新機軸に向けた学術討論会
  • 発表場所: 宮城県仙台市
  • 年月日: 2013-11-08
• [学会発表] MgZnO/ZnO界面2次元電子系の量子ホール物理 (2013)
  • 著者名/発表者名: A. Tsukazaki
  • 学会等名: 極限強磁場科学
  • 発表場所: 千葉県柏市
  • 年月日: 2013-11-01
• [学会発表] Polar discontinuity effect in wurtzite ZnO based heterostructures (2013)
  • 著者名/発表者名: A. Tsukazaki
  • 学会等名: JSAP-MRS symposia
  • 発表場所: 京都府京田辺市
  • 年月日: 2013-09-19
• [学会発表] Interface engineering for high mobility 2DEG on polar-oxide semiconductors (2013)
  • 著者名/発表者名: A. Tsukazaki
  • 学会等名: The 40^<th> international symposium on compound semiconductors
  • 発表場所: 兵庫県神戸市
  • 年月日: 2013-05-23
• [学会発表] 高品質ZnO薄膜の作製と酸化物エレクトロニクスへの応用 (2012)
  • 著者名/発表者名: 塚崎敦
  • 学会等名: 第6回物性科学領域横断研究会
  • 発表場所: 東京都文京区
  • 年月日: 2012-11-27
• [学会発表] 酸化物界面における量子ホール効果研究の現状と将来展望 (2012)
  • 著者名/発表者名: 塚崎敦
  • 学会等名: 強磁場コラボラトーが拓く次世代の強磁場サイエンスの展望
  • 発表場所: 宮城県仙台市
  • 年月日: 2012-11-26
• [学会発表] 酸化物半導体ZnOの魅力 (2012)
  • 著者名/発表者名: 塚崎敦
  • 学会等名: 第5回物質科学セミナーin柏
  • 発表場所: 千葉県柏市
  • 年月日: 2012-11-16
• [学会発表] 酸化物ヘテロ界面における2DEG生成と量子ホール効果 (2012)
  • 著者名/発表者名: 塚崎敦
  • 学会等名: 東邦大学物理学科コロキウム
  • 発表場所: 千葉県船橋市
  • 年月日: 2012-06-20
• [学会発表] ZnO系ヘテロ構造における電界効果 (2012)
  • 著者名/発表者名: 塚崎敦
  • 学会等名: 電界効果ワークショップ
  • 発表場所: 宮城県仙台市
  • 年月日: 2012-03-30
• [学会発表] ZnO系ヘテロ構造における電界効果 (2012)
  • 著者名/発表者名: 塚崎敦
  • 学会等名: 電界効果ワークショップ
  • 発表場所: 宮城県仙台市(招待講演)
  • 年月日: 2012-03-30
• [学会発表] MgZnO/ZnO界面における高移動度2次元電子ガスの電界制御と量子輸送現象 (2012)
  • 著者名/発表者名: 塚崎敦,小塚裕介,ジョセフファルソン,デニスマリエンコ,川崎雅司
  • 学会等名: 結晶成長の科学と技術第161委員会第75回研究会,ワイドギャップ半導体光・電子デバイス第162委員会第78回研究会
  • 発表場所: 東京都千代田区
  • 年月日: 2012-03-02
• [学会発表] MgZnO/ZnO界面における高移動度2次元電子ガスの電界制御と量子輸送現象 (2012)
  • 著者名/発表者名: 塚崎敦, 小塚裕介, ジョセフファルソン, デニスマリエンコ, 川崎雅司
  • 学会等名: 結晶成長の科学と技術第161委員会第75回研究会ワイドギャップ半導体光・電子デバイス第162委員会第78回研究会
  • 発表場所: 東京都千代田区(招待講演)
  • 年月日: 2012-03-02
• [学会発表] 酸化物ヘテロ界面における2DEG生成と量子ホール効果 (2012)
  • 著者名/発表者名: 塚崎 敦
  • 学会等名: 東邦大学物理学科コロキウム
  • 発表場所: 千葉県船橋市, 東邦大学
  • 招待講演
• [学会発表] 酸化物半導体ZnOの魅力 (2012)
  • 著者名/発表者名: 塚崎 敦
  • 学会等名: 第5回物質科学セミナーin柏
  • 発表場所: 千葉県柏市, 東大柏キャンパス基盤棟2階会議室
  • 招待講演
• [学会発表] 酸化物界面における量子ホール効果研究の現状と将来展望 (2012)
  • 著者名/発表者名: 塚崎 敦
  • 学会等名: 強磁場コラボラトーが拓く次世代の強磁場サイエンスの展望
  • 発表場所: 宮城県仙台市, 東北大学金属材料研究所
  • 招待講演
• [学会発表] 高品質ZnO薄膜の作製と酸化物エレクトロニクスへの応用 (2012)
  • 著者名/発表者名: 塚崎 敦
  • 学会等名: 第6回物性科学領域横断研究会
  • 発表場所: 東京都文京区, 東大本郷キャンパス武田先端知ビル
  • 招待講演
• [学会発表] Quantum Hall effect in MgZnO/ZnO heterostructures (2011)
  • 著者名/発表者名: A. Tsukazaki
  • 学会等名: 4^<th> International Workshop on Emergent Phenomena in Quantum Hall Systems (EPQHS)
  • 発表場所: Beijing, China
  • 年月日: 2011-06-25
• [学会発表] Quantum Hall effect in MgZnO/ZnO heterostructures (2011)
  • 著者名/発表者名: A.Tsukazaki
  • 学会等名: 4^<th> International Workshop on Emergent Phenomena in Quantum Hall Systems (EPQHS)
  • 発表場所: Beijing, China(招待講演)
  • 年月日: 2011-06-25
• [学会発表] Fractional quantum Hall effect at the MgZnO/ZnO heterointerfaces (2011)
  • 著者名/発表者名: A. Tsukazaki
  • 学会等名: 38^<th> International symposium on Compound Semiconductors (ISCS)
  • 発表場所: Berlin, Germany
  • 年月日: 2011-05-25
• [学会発表] Fractional quantum Hall effect at the MgZnO/ZnO heterointerfaces (2011)
  • 著者名/発表者名: A.Tsukazaki
  • 学会等名: 38^<th> International symposium on Compound Semiconductors (ISCS)
  • 発表場所: Berlin, Germany(招待講演)
  • 年月日: 2011-05-25
• [学会発表] Interface engineering for high mobility 2DEG on polar-oxide semiconductors
  • 著者名/発表者名: A. Tsukazaki
  • 学会等名: The 40th international symposium on compound semiconductors
  • 発表場所: 兵庫県神戸市
  • 招待講演
• [学会発表] 酸化物薄膜研究の自由度について
  • 著者名/発表者名: A. Tsukazaki
  • 学会等名: 酸化物研究の新機軸に向けた学術討論会
  • 発表場所: 宮城県仙台市
  • 招待講演
• [備考] 塚﨑研究室HP
  • URL: http://mu.imr.tohoku.ac.jp/researchlist.html