一次相転移系遷移金属酸化物の電界相制御

• 研究課題/領域番号: 25790051
• 研究種目: 若手研究(B)
• 配分区分: 基金
• 研究分野: 結晶工学
• 研究機関: 国立研究開発法人産業技術総合研究所
• 研究代表者: 渋谷 圭介 国立研究開発法人産業技術総合研究所, 電子光技術研究部門, 研究員 (00564949)
• 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: 4,420千円 (直接経費: 3,400千円、間接経費: 1,020千円); 2015年度: 650千円 (直接経費: 500千円、間接経費: 150千円); 2014年度: 1,560千円 (直接経費: 1,200千円、間接経費: 360千円); 2013年度: 2,210千円 (直接経費: 1,700千円、間接経費: 510千円)
• キーワード: 二酸化バナジウム / 金属－絶縁体転移 / 電子相転移 / 酸化物エピタキシャル薄膜 / 電界効果トランジスタ

研究成果の概要

多彩な物性を示す強相関電子系物質の応用に向けて、一次相転移を示す遷移金属酸化物の薄膜およびそれを用いた電界効果デバイス構造を作製した。電界によって二酸化バナジウムの電子相転移を不揮発に制御することに成功し、電子相転移を利用した不揮発性デバイス実現の可能性を示した。また、薄膜成長中の温度・酸素分圧を精密に制御することで、シリコン基板上に巨大な光学特性の変化を示す二酸化バナジウム薄膜を作製することに成功した。

研究成果

• [雑誌論文] Modulation of metal–insulator transition in VO2 by electrolyte gating-induced protonation (2016)
  • 著者名/発表者名: Keisuke Shibuya, Akihito Sawa
  • 雑誌名: Advanced Electronic Materials 巻: 2 号: 2
  • DOI: 10.1002/aelm.201500131
  • 査読あり
• [雑誌論文] Optimization of conditions for growth of vanadium dioxide thin films on silicon by pulsed-laser deposition (2015)
  • 著者名/発表者名: Keisuke Shibuya, Akihito Sawa
  • 雑誌名: AIP advances 巻: 5 号: 10
  • DOI: 10.1063/1.4934226
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] High temperature coefficient of resistance of low-temperature-grown VO2 films on TiO2-buffered SiO2/Si (100) substrates (2015)
  • 著者名/発表者名: Kenichi Miyazaki, Keisuke Shibuya, Megumi Suzuki, Hiroyuki Wado, Akihito Sawa
  • 雑誌名: Journal of Applied Physics 巻: 118 号: 5
  • DOI: 10.1063/1.4927746
  • 査読あり
• [雑誌論文] Distinct substrate effect on the reversibility of the metal-insulator transitions in electrolyte-gated VO2 thin films (2015)
  • 著者名/発表者名: M. Nakano, D. Okuyama, K. Shibuya, M. Mizumaki, H. Ohsumi, M. Yoshida, M. Takata, M. Kawasaki, Y. Tokura, T. Arima, Y. Iwasa
  • 雑誌名: Advanced Electronic Materials 巻: 1 号: 7 ページ: 1500093-1500093
  • DOI: 10.1002/aelm.201500093
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] X-ray study of metal-insulator transitions induced by W-doping and photoirradiation in VO2 films (2015)
  • 著者名/発表者名: D. Okuyama, K. Shibuya, R. Kumai, T. Suzuki, Y. Yamasaki, H. Nakao,Y. Murakami, M. Kawasaki, Y. Taguchi, Y. Tokura, T. Arima
  • 雑誌名: Physical Review B 巻: 91 号: 6 ページ: 064101-064101
  • DOI: 10.1103/physrevb.91.064101
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Epitaxial growth and structural transition of VO2/MgF2 (001) (2014)
  • 著者名/発表者名: Keisuke Shibuya and Akihito Sawa
  • 雑誌名: Japanese Journal of Applied Physics 巻: 53 号: 5S1 ページ: 05FF03-05FF03
  • DOI: 10.7567/jjap.53.05ff03
  • NAID: 210000143832
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Correlation between thermal hysteresis width and broadening of metal-insulator transition in Cr and Nb doped VO2 film (2014)
  • 著者名/発表者名: Kenichi Miyazaki, Keisuke Shibuya, Megumi Suzuki, Hiroyuki Wado, and Akihito Sawa
  • 雑誌名: Japanese Journal of Applied Physics 巻: 53 号: 7 ページ: 071102-071102
  • DOI: 10.7567/jjap.53.071102
  • NAID: 210000144156
  • 査読あり
• [雑誌論文] Gate-tunable gigantic lattice deformation in VO2 (2014)
  • 著者名/発表者名: M. Nakano, S. Takeshita, H. Ohsumi, S. Tardif, K. Shibuya, T. Hatano, H. Yumoto, T. Koyama, H. Ohashi, M. Takata, M. Kawasaki, T. Arima, Y. Tokura, and Y. Iwasa
  • 雑誌名: Appl. Phys. Lett. 104 巻: 104 号: 2
  • DOI: 10.1063/1.4861901
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Fabrication and Raman scattering study of epitaxial VO2 films on MgF2 (001) substrates (2013)
  • 著者名/発表者名: Keisuke Shibuya, Jun’ya Tsutsumi, Tatsuo Hasegawa, Akihito Sawa
  • 雑誌名: Applied Physics Letters 巻: 103 号: 2
  • DOI: 10.1063/1.4813442
  • 査読あり
• [雑誌論文] Infrared-sensitive electrochromic device based on VO2 (2013)
  • 著者名/発表者名: M. Nakano, K. Shibuya, N. Ogawa, T. Hatano, M. Kawasaki, Y. Iwasa, and Y. Tokura
  • 雑誌名: Appl. Phys. Lett. 巻: 103 号: 15
  • DOI: 10.1063/1.4824621
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [学会発表] Electronic Phase Modulation of VO2 with Electrolyte Gating (2015)
  • 著者名/発表者名: Keisuke Shibuya
  • 学会等名: IUMRS-ICAM 2015
  • 発表場所: Jeju, Korea
  • 年月日: 2015-10-25
  • 国際学会
• [学会発表] Electronic phase control in vanadium dioxide thin films (2014)
  • 著者名/発表者名: Keisuke Shibuya
  • 学会等名: Energy Materials Nanotechnology Open Access Week 2014
  • 発表場所: 成都（中国）
  • 年月日: 2014-09-22 – 2014-09-25
  • 招待講演
• [学会発表] 単元素ドープVO2薄膜における抵抗変化係数と抵抗率の温度履歴の相関 (2014)
  • 著者名/発表者名: 宮崎 憲一、渋谷 圭介、鈴木愛美、岩城隆雄、和戸弘幸、澤 彰仁
  • 学会等名: 応用物理学会秋季学術講演会
  • 発表場所: 札幌
  • 年月日: 2014-09-17 – 2014-09-20
• [学会発表] 元素ドープVO2薄膜の金属－絶縁体転移 (2014)
  • 著者名/発表者名: 澤 彰仁、渋谷 圭介、宮崎 憲一、鈴木愛美、岩城 隆雄、和戸弘幸
  • 学会等名: 科研費基盤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: 熱海
  • 年月日: 2014-07-13 – 2014-07-14
  • 招待講演
• [学会発表] Correlation between thermal hysteresis width and temperature coefficient of resistance in doped VO2 films for bolometer applications (2014)
  • 著者名/発表者名: 宮崎 憲一、渋谷 圭介、鈴木愛美、和戸弘幸、澤 彰仁
  • 学会等名: IUMRS-ICEM 2014
  • 発表場所: 台北（台湾）
  • 年月日: 2014-06-10 – 2014-06-14
• [学会発表] Strain control for the metal-insulator transition temperature of VO2 thin films (2014)
  • 著者名/発表者名: Keisuke Shibuya and Akihito Sawa
  • 学会等名: 2014 Material Research Society Spring Meeting
  • 発表場所: サンフランシスコ（アメリカ）
  • 年月日: 2014-04-21 – 2014-04-25
• [学会発表] MgF2基板上に作製したエピタキシャルVO2薄膜の金属-絶縁体転移 (2014)
  • 著者名/発表者名: 渋谷 圭介、澤 彰仁
  • 学会等名: 応用物理学会
  • 発表場所: 青山学院大学（相模原）
• [学会発表] Carrier doping and external field control of phase transition in epitaxial VO2 thin films (2013)
  • 著者名/発表者名: Keisuke Shibuya
  • 学会等名: Korean Physical Society 2013 Spring Meeting
  • 発表場所: Daejoen（韓国）
  • 招待講演
• [学会発表] Impact of epitaxial strain on the metal-insulator transitions in VO2 thin films on MgF2 substrates (2013)
  • 著者名/発表者名: Keisuke Shibuya, Akihito Sawa
  • 学会等名: 2013 JSAP-MRS Joint Symposia
  • 発表場所: 同志社大学（京都）
• [学会発表] Metal-Insulator Transitions in VO2 Epitaxial Thin Films on MgF2 Substrates (2013)
  • 著者名/発表者名: Keisuke Shibuya, Akihito Sawa
  • 学会等名: Workshop on Oxide Electronics 20
  • 発表場所: National University of Singapore（シンガポール）
• [産業財産権] 温度センサ (2013)
  • 発明者名: 渋谷圭介、澤彰仁、富岡泰秀、宮崎憲一、和戸弘幸、鈴木愛美
  • 権利者名: 渋谷圭介、澤彰仁、富岡泰秀、宮崎憲一、和戸弘幸、鈴木愛美
  • 産業財産権種類: 特許
  • 産業財産権番号: 2013-201759
  • 出願年月日: 2013-09-27