| 研究課題/領域番号 |
23K26738
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| 補助金の研究課題番号 |
23H02045 (2023)
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| 研究種目 |
基盤研究(B)
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| 配分区分 | 基金 (2024)
補助金 (2023) |
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| 応募区分 | 一般 |
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| 審査区分 |
小区分36010:無機物質および無機材料化学関連
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| 研究機関 | 大阪大学 |
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研究代表者 |
田中 秀和 大阪大学, 産業科学研究所, 教授 (80294130)
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| 研究分担者 |
Li Haobo 大阪大学, 産業科学研究所, 助教 (20938188)
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| 研究期間 (年度) |
2023-04-01 – 2024-03-31
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| 研究課題ステータス |
採択後辞退 (2024年度)
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| 配分額 *注記 |
18,850千円 (直接経費: 14,500千円、間接経費: 4,350千円)
2025年度: 5,720千円 (直接経費: 4,400千円、間接経費: 1,320千円)
2024年度: 6,110千円 (直接経費: 4,700千円、間接経費: 1,410千円)
2023年度: 7,020千円 (直接経費: 5,400千円、間接経費: 1,620千円)
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| キーワード | 水素イオン / 強相関電子相転移 / パルスレーザ蒸着法 / 抵抗変化デバイス / スイッチング速度 / 強相関酸化物 / エピタキシャル薄膜 |
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| 研究開始時の研究の概要 |
水素イオンドープにより超巨大な抵抗変化を伴う「強相関電子相転移」を示す遷移金属酸化物を対象として高度に構造制したエピタキシャル薄膜の創製と第1原理密度汎関数シミュレーションにより、水素イオン応答/拡散を制御し、室温で、水素イオンに電子相転移物性が、高速かつ巨大に応答する新奇な化学応答無機酸化物薄膜結晶を創出する。この酸化物薄膜結晶を用いいて水素素イオンと強相関電子のカップリングを利用した、新原理に基づく化学/生体分子の高感度検出が可能な化学センシングデバイスを構築する。
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| 研究実績の概要 |
水素イオンドープにより超巨大な抵抗変化を伴う「強相関電子相転移」を示す遷移金属酸化物を対象として、高度に構造制御したエピタキシャル薄膜の創製と第一原理密度汎関数シミュレーションにより、水素イオン応答/拡散を制御し、室温で、水素イオンに電子相転移物性が、高速かつ巨大に応答する新奇な化学応答無機酸化物薄膜結晶を創出する。パルスレーザ蒸着法を用いてNdNiO3を格子定数の異なる基板にエピタキシャル成長させると、引張り歪みが導入される基板上（LaAlO3）では、圧縮歪みが導入される基板(KTaO3)に比して、プロトンの拡散が拡散距離にして6倍程度、抵抗変調率にして実に10^4倍の向上がもたらされることを見出した。密度汎関数法に基づく水素拡散経路シミュレーションでは、水素は酸素から酸素へと跳び移る過程の障壁エネルギーが、特に圧縮/引っ張り歪みによって、大きく変調されることがわかった。さらに一度水素をドーピングした後、大気雰囲気とりだし、室温において電界抵抗変調（±8V）を行うと、LaAlO3基板上に作成したデバイスは、KTaO3基板上に作成したものに比して約30倍の大きな変調率を示した。さらに、導電性Nb-SrTiO3 (001)基板上にEuNiO3薄膜を蒸着し、リソグラフィ技術加工と水素化を施し縦型デバイスを作成した。反時計回りのバイポーラ型不揮発性スイッチングを示し、電圧パルス印加測定によりスイッチング速度評価を行った所、パルス幅が100 nsの時においても約2桁の抵抗変調を示した。このスイッチング速度は同デバイス構造を持つ酸素欠損移動型ReNiO3 デバイスと比較して3桁ほど速い。この高速化の要因として、ReNiO3 中の水素イオンは酸素欠損 と比べて活性化エネルギーが約0.4 eVほど小さく、外部電場に対して敏感だったからだと考えられる。
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| 現在までの達成度 (段落) |
令和5年度が最終年度であるため、記入しない。
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| 今後の研究の推進方策 |
令和5年度が最終年度であるため、記入しない。
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