ナノスケール強相関電子相ドメインの相転移・動的・空間配列トータル制御

• 研究課題/領域番号: 25286058
• 研究種目: 基盤研究(B)
• 配分区分: 一部基金
• 応募区分: 一般
• 研究分野: 薄膜・表面界面物性
• 研究機関: 大阪大学
• 研究代表者: 神吉 輝夫 大阪大学, 産業科学研究所, 准教授 (40448014)
• 研究期間 (年度): 2013-04-01 – 2016-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2015年度)
• 配分額: 18,460千円 (直接経費: 14,200千円、間接経費: 4,260千円); 2015年度: 2,730千円 (直接経費: 2,100千円、間接経費: 630千円); 2014年度: 7,410千円 (直接経費: 5,700千円、間接経費: 1,710千円); 2013年度: 8,320千円 (直接経費: 6,400千円、間接経費: 1,920千円)
• キーワード: 酸化物エレクトロニクス / ナノテクノロジー / 強相関電子 / モット転移

研究成果の概要

電子相転移により数桁にも及ぶ電気伝導変化を示す強相関電子系酸化物において、次世代エレクトロニクスの研究が活発に進められている。本研究では、従来ナノ空間上にランダムに自然発生していた個々の金属-絶縁体ドメインに対して、空間配置を人為的に精密制御できる方法論を確立してきた。また、電流・電圧バイアスにより、個々のドメインの相転移を制御し、ドメインの空間配列の違いにより大きく電気伝導特性を変化させることに成功した。
本研究の遂行により、微小エネルギーで高効率動作する多値スイッチング・メモリ応用やナノ電子相を操った回路等、新機能開拓に貢献できる成果である。

研究成果

• [国際共同研究] Genova University/CNR-SPIN(イタリア)
• [国際共同研究] Ewha Womans University(韓国)
• [国際共同研究]
• [雑誌論文] Electric field-induced transport modulation in VO2 FETs with high-k oxide/organic parylene-C hybrid gate dielectric (2016)
  • 著者名/発表者名: T. Wei, T. Kanki, K. Fujiwara, M. Chikanari and H. Tanaka
  • 雑誌名: Applied Physics Letters 巻: 108 号: 5 ページ: 053503-053503
  • DOI: 10.1063/1.4941233
  • 査読あり / 国際共著 / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Electrochemical gating-induced reversible and drastic resistance switching in VO2 nanowires (2015)
  • 著者名/発表者名: Tsubasa Sasaki, Hiroki Ueda, Teruo Kanki and Hidekazu Tanaka
  • 雑誌名: Sci. Rep. 巻: 5 号: 1
  • DOI: 10.1038/srep17080
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Fractal Nature of Metallic and Insulating Domain Configurations in a VO2 Thin Film Revealed by Kelvin Probe Force Microscopy (2015)
  • 著者名/発表者名: Ahrum Sohn, Teruo Kanki, Kotaro Sakai, Hidekazu Tanaka and Dong-Wook Kim
  • 雑誌名: Sci. Rep. 巻: 5 号: 1 ページ: 10417-10417
  • DOI: 10.1038/srep10417
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Visualization of local phase transition behaviors near dislocation in epitaxial VO2/TiO2 thin films (2015)
  • 著者名/発表者名: Ahrum Sohn, Teruo Kanki, Hidekazu Tanaka and Dong-Wook Kim
  • 雑誌名: Appl. Phys. Lett. 巻: 107 号: 17
  • DOI: 10.1063/1.4934943
  • 査読あり / 国際共著 / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Influence of thermal boundary conditions on the current-driven resistive transition in VO2 microbridges (2015)
  • 著者名/発表者名: Nicola Manca, Teruo Kanki, Hidekazu Tanaka, Daniele Marre and Luca Pellegrino
  • 雑誌名: Appl. Phys. Lett. 巻: 107 号: 14 ページ: 143509-143509
  • DOI: 10.1063/1.4933014
  • 査読あり / 国際共著 / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Formation mechanism of a microscale domain and effect on transport properties in strained VO2 thin films on TiO2(001) (2014)
  • 著者名/発表者名: K. Kawatani, T. Kanki and H. Tanaka
  • 雑誌名: Phys. Rev. B 巻: 90 号: 5 ページ: 054203-054203
  • DOI: 10.1103/physrevb.90.054203
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Metal–insulator transition in free-standing VO2/TiO2 microstructures through low-power Joule heating (2014)
  • 著者名/発表者名: Syota Yamasaki, Teruo Kanki, Nicola Manca, Luca Pellegrino, Daniele Marré, Hidekazu Tanaka
  • 雑誌名: Applied Physics Express 巻: 7 号: 2 ページ: 023201-023201
  • DOI: 10.7567/apex.7.023201
  • NAID: 210000136973
  • 査読あり
• [雑誌論文] Multistep metal insulator transition in VO_2 nanowires on Al_2O_3 (0001) substrates (2014)
  • 著者名/発表者名: H.Takami, T.Kanki, H.Tanaka
  • 雑誌名: Appl. Phys. Lett 巻: 104 号: 2 ページ: 23104-23104
  • DOI: 10.1063/1.4861720
  • 査読あり
• [雑誌論文] Programmable mechanical resonances in MEMS by localized Joule heating of phase change materials (2013)
  • 著者名/発表者名: Manca,L.Pellegrino, T.Kanki, S.Yamasaki, H.Tanaka, A.S.Siri, D.Marre
  • 雑誌名: Advanced Materials 巻: 25 号: 44 ページ: 6430-6430
  • DOI: 10.1002/adma.201302087
  • 査読あり
• [学会発表] Electrochemical gating-induced hydrogenation in oxide nanowires at room temperature (2016)
  • 著者名/発表者名: T. Kanki
  • 学会等名: EMN Meeting on Titanium Oxides
  • 発表場所: Honolulu, Hawaii, US
  • 年月日: 2016-03-27
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] TiO2(001)基板上の単結晶VO2 薄膜のHall 測定による電荷輸送特性評価 (2016)
  • 著者名/発表者名: 近成将, 神吉輝夫, 田中秀和
  • 学会等名: 第63回応用物理学会春季講演会
  • 発表場所: 東京工業大学
  • 年月日: 2016-03-21
• [学会発表] VO2フリースタンディングナノ細線の作製と電気伝導特性評価 (2016)
  • 著者名/発表者名: 樋口 敬之, 神吉 輝夫, L.Pellegrino, N.Manca, D. Marré, 田中 秀和
  • 学会等名: 第63回応用物理学会春季講演会
  • 発表場所: 東京工業大学
  • 年月日: 2016-03-21
• [学会発表] Resistance Modulation in VO2 nanowires induced by an electric field via air-gap gates (2016)
  • 著者名/発表者名: T. Kanki. M. Chikanari, T. Wei, and H. Tanaka
  • 学会等名: APS March Meeting 2016
  • 発表場所: Baltimore, Maryland, US
  • 年月日: 2016-03-16
  • 国際学会
• [学会発表] Electric Field-induced Resistance Switching in VO2 Channels using Hybrid Gate Dielectric of High-k Ta2O5/Organic (2016)
  • 著者名/発表者名: T. Wei, T. Kanki, K. Fujiwara, M. Chikanari and H. Takana
  • 学会等名: APS March Meeting 2016
  • 発表場所: Baltimore, Maryland, US
  • 年月日: 2016-03-16
  • 国際学会
• [学会発表] 走査型プローブ顕微鏡を用いた様々なナノ物性計測 (2015)
  • 著者名/発表者名: 神吉 輝夫
  • 学会等名: 大阪大学 ナノテクノロジー設備共用拠点 分子・合成ナノプラットフォームセミナー
  • 発表場所: 大阪大学
  • 年月日: 2015-12-10
  • 招待講演
• [学会発表] Resistance Switching in VO2 Field-effect Transistors with High-k Ta2O5/Organic Parylene-C Hybrid Gate Dielectric (2015)
  • 著者名/発表者名: T. Wei, T. Kanki, K. Fujiwara and H. Takana
  • 学会等名: 第19回産研国際シンポジウム
  • 発表場所: 大阪大学吹田キャンパス
  • 年月日: 2015-12-08
  • 国際学会
• [学会発表] Resistance switching induced by an electric field in VO2 nano-wire channels with air-gap gates (2015)
  • 著者名/発表者名: M. Chikanari, T. Kanki, and H. Takana
  • 学会等名: 第19回産研国際シンポジウム
  • 発表場所: 大阪大学吹田キャンパス
  • 年月日: 2015-12-08
  • 国際学会
• [学会発表] Reversible and non-volatile resistance modulation in VO2 nanowires by electric-induced hydrogenation (2015)
  • 著者名/発表者名: T. Kanki, T. Sasaki and H. Tanaka
  • 学会等名: 2015 MRS Fall Meeting & Exhibit
  • 発表場所: Hynes Convention Center, Boston,米国
  • 年月日: 2015-12-04
  • 国際学会
• [学会発表] Low power-driven metal-insulator transition in free-standing VO2 microstructures (2015)
  • 著者名/発表者名: T. Kanki, S. Yamasaki, N. Manca, L. Pellegrino, D. Marré and H. Tanaka
  • 学会等名: 2015 MRS Fall Meeting & Exhibit
  • 発表場所: Hynes Convention Center, Boston,米国
  • 年月日: 2015-12-02
  • 国際学会
• [学会発表] Resistance switching in VO2 field-effect transistors with high-k Ta2O5/organic parylene-C hybrid gate dielectric (2015)
  • 著者名/発表者名: T. Wei, T. Kanki, K. Fujiwara and H. Takana
  • 学会等名: CEMS topical meeting on Oxide Interfaces 2015
  • 発表場所: 国立研究開発法人理化学研究所 創発物性科学研究センター、 埼玉県和光市
  • 年月日: 2015-11-05
  • 国際学会
• [学会発表] Electric field-induced transport switching in VO2 nano-wire channels using a planer-type gate (2015)
  • 著者名/発表者名: M. Chikanari, T. Kanki, and H. Tanaka
  • 学会等名: CEMS topical meeting on Oxide Interfaces 2015
  • 発表場所: 国立研究開発法人理化学研究所 創発物性科学研究センター、 埼玉県和光市
  • 年月日: 2015-11-05
  • 国際学会
• [学会発表] 走査型プローブ顕微鏡を用いた単結晶VO2薄膜のナノドメイン電流マッピング (2015)
  • 著者名/発表者名: 神吉 輝夫、左海 康太郎、服部 梓、田中 秀和
  • 学会等名: 第76回応用物理学会秋季学術講演会
  • 発表場所: 名古屋国際会議場
  • 年月日: 2015-09-15
• [学会発表] プレーナー型サイドゲートを用いた電界効果によるVO2ナノワイヤーの電気伝導変調 (2015)
  • 著者名/発表者名: 近成将、神吉輝夫、田中秀和
  • 学会等名: 第76回応用物理学会秋季学術講演会
  • 発表場所: 名古屋国際会議場
  • 年月日: 2015-09-14
• [学会発表] Electric-field induced transport modulation in VO2 FETs with organic parylene-C/high-k oxide hybrid gate dielectric (2015)
  • 著者名/発表者名: T. Wei, T. Kanki, K. Fujiwara and H. Takana
  • 学会等名: 第76回応用物理学会秋季学術講演会
  • 発表場所: 名古屋国際会議場
  • 年月日: 2015-09-14
• [学会発表] サイドゲート型トランジスタを用いた電界効果によるVO2ナノワイヤへの水素イオンドープと拡散の時空間解析 (2015)
  • 著者名/発表者名: 佐々木 翼、神吉 輝夫、田中 秀和
  • 学会等名: 第62回応用物理学会春季学術講演会
  • 発表場所: 東海大学、平塚市
  • 年月日: 2015-03-13
• [学会発表] リン酸を用いたMgO基板の結晶異方性エッチング (2015)
  • 著者名/発表者名: 山崎 翔太、神吉 輝夫、L. Pellegrino, N. Manca, D. Marre,田中 秀和
  • 学会等名: 第62回応用物理学会春季学術講演会
  • 発表場所: 東海大学、平塚市
  • 年月日: 2015-03-13
• [学会発表] Designing Transport Characteristics by Manipulating Metal-Insulator Domains through Oxide Nanostructures (2014)
  • 著者名/発表者名: Teruo Kanki and Hidekazu Tanaka
  • 学会等名: The 18th SANKEN International Symposium
  • 発表場所: コングレコンベンションセンター、大阪市
  • 年月日: 2014-12-10
  • 招待講演
• [学会発表] Tunable Electrochemical Doping into VO2 Nanowires using Planer-type Field Effect Transistor (2014)
  • 著者名/発表者名: Teruo Kanki, Tsubasa Sasaki and Hidekazu Tanaka
  • 学会等名: 2014 MRS Fall Meeting & Exhibit
  • 発表場所: Boston, MA、U.S.A
  • 年月日: 2014-12-03
• [学会発表] Reversible Contral of Metal-Insulator Transition by the Local Peltier effect in VO2 Nanowires (2014)
  • 著者名/発表者名: Teruo Kanki, Hidefumi Takami and Hidekazu Tanaka
  • 学会等名: 2014 MRS Fall Meeting & Exhibit
  • 発表場所: Boston, MA、U.S.A
  • 年月日: 2014-12-02
• [学会発表] Memristive metal-insulator switches in correlated electron oxide nanowires using electric field-induced redox reaction (2014)
  • 著者名/発表者名: Teruo Kanki
  • 学会等名: 4th International Conference on Nanotek & Expo
  • 発表場所: San Francisco, CA
  • 年月日: 2014-12-01
  • 招待講演
• [学会発表] Low Power Operation of Metal-Insulator Transition in Oxide Nano-Structures (2014)
  • 著者名/発表者名: Teruo Kanki and Hidekazu Tanaka
  • 学会等名: The 1st International Symposium on Interactive Materials Science Cadet Program
  • 発表場所: 阪急エキスポパークホテル、吹田市
  • 年月日: 2014-11-18
• [学会発表] サイドゲート型VO2ナノワイヤ電界効果トランジスタによるイオンドーピング電気伝導率変調の向上と拡散長評価 (2014)
  • 著者名/発表者名: 佐々木 翼、神吉 輝夫、田中 秀和
  • 学会等名: 第75回応用物理学会秋季学術講演会
  • 発表場所: 北海道大学、札幌市
  • 年月日: 2014-09-19
• [学会発表] VO2ナノ細線を用いた局所ペルチェ効果による可逆金属-絶縁体相転移制御 (2014)
  • 著者名/発表者名: 神吉 輝夫、高見 英史、田中 秀和
  • 学会等名: 第75回応用物理学会秋季学術講演会
  • 発表場所: 北海道大学、札幌市
  • 年月日: 2014-09-19
• [学会発表] 走査型プローブ顕微鏡を用いた極小VO2ナノ細線の電気伝導特性評価 (2014)
  • 著者名/発表者名: 左海 康太郎、服部 梓、神吉 輝夫、田中 秀和
  • 学会等名: 第75回応用物理学会秋季学術講演会
  • 発表場所: 北海道大学、札幌市
  • 年月日: 2014-09-19
• [学会発表] Reversible and Memoristive Modulation of Transport Property in VO2-Nano-Wires by an Electric Field via Air Nano-Gap (2014)
  • 著者名/発表者名: Teruo Kanki, Tsubasa Sasaki and Hidekazu Tanaka
  • 学会等名: International Union of Materials Research Society–International Conference in Asia 2014
  • 発表場所: 福岡大学、福岡市
  • 年月日: 2014-08-28
  • 招待講演
• [学会発表] VO2ナノワイヤを用いた局所ペルチェ効果による金属-絶縁体相転移制御 (2014)
  • 著者名/発表者名: 神吉 輝夫
  • 学会等名: 基盤研究S研究会「多自由度放射光 X 線二色性分光による強相関系界面新規電子相の研究」
  • 発表場所: KKRホテル熱海、熱海市
  • 年月日: 2014-07-14
  • 招待講演
• [学会発表] サイドゲート型VO2ナノワイヤ電界効果トランジスタによる電気化学ドーピング (2014)
  • 著者名/発表者名: 佐々木 翼、神吉 輝夫、田中 秀和
  • 学会等名: 基盤研究S研究会「多自由度放射光 X 線二色性分光による強相関系界面新規電子相の研究」
  • 発表場所: KKRホテル熱海、熱海市
  • 年月日: 2014-07-14
• [学会発表] Modulation of conductive property in VO2 nano-wires through an air gap-mediated electric field (2014)
  • 著者名/発表者名: T.Sasaki, H. Ueda, T. Kanki, H. Tanaka
  • 学会等名: The 17th SANKEN International Symposium 2014 Joined with The 2nd International Symposium of Nano-Macro Materials
  • 発表場所: 大阪大学（大阪府）
• [学会発表] Metal-insulator transition driven by low power Joule heating in free-standing VO2/TiO2 microstructures (2014)
  • 著者名/発表者名: S. Yamasaki, T. Kanki, N. Mancola, L. Pellegrino, D. Marre, H. Tanaka
  • 学会等名: , Devices, and System Research Alliance Project
  • 発表場所: 大阪大学（大阪府）
• [学会発表] Redox-control of conductive property in VO2 nano-wires by an electric field via an air nano-gap (2014)
  • 著者名/発表者名: Tsubasa Sasaki, Teruo Kanki, Hidekazu Tanaka
  • 学会等名: 1st KANSAI Nanoscience and Nanotechnology International Symposium ＆9th Handai Nanoscience and Nanotechnology
  • 発表場所: 千里中央ライフサイエンスセンター（大阪府）
• [学会発表] Low power-driven metal-insulator transition in free-standing VO2 microstructures and its mechanism elucidation (2014)
  • 著者名/発表者名: S. Yamasaki, T. Kanki, N. Mancola, L. Pellegrino, D. Marre, H. Tanaka
  • 学会等名: 1st KANSAI Nanoscience and Nanotechnology International Symposium ＆9th Handai Nanoscience and Nanotechnology
  • 発表場所: 千里中央ライフサイエンスセンター（大阪府）
• [学会発表] エアギャップナノ空間を利用した吸着水分子の電気分解によるVO2 ナノワイヤーへのイオンドーピング (2014)
  • 著者名/発表者名: 佐々木 翼, 神吉 輝夫, 田中 秀和
  • 学会等名: 第61回 応用物理学会春季学術講演会
  • 発表場所: 青山学院大学（神奈川県）
• [学会発表] TiO2(001)基板上のVO2 薄膜における巨大金属-絶縁体ドメインのサイズ制御と発現機構解明 (2014)
  • 著者名/発表者名: 川谷 健一，神吉 輝夫，田中 秀和
  • 学会等名: 第61回 応用物理学会春季学術講演会
  • 発表場所: 青山学院大学（神奈川県）
• [学会発表] VO2フリースタンディング構造体における超低電力金属-絶縁体相転移と熱流シミュレーションによる機構解明 (2014)
  • 著者名/発表者名: 山崎 翔太,神吉 輝夫、L.Pellegrino, N. Manca, D. Marré, 田中 秀和
  • 学会等名: 第61回 応用物理学会春季学術講演会
  • 発表場所: 青山学院大学（神奈川県）
• [学会発表] Manupilation of metal-insulator transition characteristics through control of size and aspect ratio of VO2 thin films (2013)
  • 著者名/発表者名: Teruo Kanki, Hidekazu Tanaka
  • 学会等名: 2013 JSAP-MRS Joint Symposia
  • 発表場所: 同志社大学京田辺キャンパス（京都府）
• [学会発表] Design of metal-insulator transition characteristics in size- and aspect ratio-controlled oxide thin films (2013)
  • 著者名/発表者名: Teruo Kanki, Hidekazu Tanaka
  • 学会等名: 2013 EMN(Energy Materials Nanotechnology) meeting
  • 発表場所: 北京（中国）
  • 招待講演
• [学会発表] Design of electronic transport property through electronic phase manipulation in correlated electron materials (2013)
  • 著者名/発表者名: Teruo Kanki, Hidekazu Tanaka
  • 学会等名: 3rd International Conference on Nanotek & Expo.
  • 発表場所: Las Vegas (US)
  • 招待講演
• [学会発表] Electric-field control of transport properties in VO2 nanowires with side gates via air gap (2013)
  • 著者名/発表者名: Teruo Kanki, Tsubasa Sasaki, Hidekazu Tanaka
  • 学会等名: 2013 Materials Research Society Fall Meeting& Exhibit
  • 発表場所: Boston (US)
• [学会発表] エアーギャップを介した電界効果によるVO2 ナノワイヤーの電気特性変調 (2013)
  • 著者名/発表者名: 佐々木 翼, 上田 大貴, 神吉 輝夫, 田中 秀和
  • 学会等名: 第74回 応用物理学会秋季学術講演会
  • 発表場所: 同志社大学京田辺キャンパス（京都府）
• [備考] 大阪大学 産業科学研究所 田中研究室ホームページ
  • URL: http://www.sanken.osaka-u.ac.jp/labs/bis/