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その場プラズマ分光により組成制御された複合アニオン水素化物薄膜の新奇電子機能創製

公募研究

研究領域複合アニオン化合物の創製と新機能
研究課題/領域番号 19H04689
研究種目

新学術領域研究(研究領域提案型)

配分区分補助金
審査区分 理工系
研究機関東京工業大学

研究代表者

清水 亮太  東京工業大学, 物質理工学院, 准教授 (70611953)

研究期間 (年度) 2019-04-01 – 2021-03-31
研究課題ステータス 完了 (2020年度)
配分額 *注記
5,200千円 (直接経費: 4,000千円、間接経費: 1,200千円)
2020年度: 2,600千円 (直接経費: 2,000千円、間接経費: 600千円)
2019年度: 2,600千円 (直接経費: 2,000千円、間接経費: 600千円)
キーワード複合アニオン化合物 / エピタキシャル成長 / 水素化物 / フッ化物 / 窒化物 / 薄膜物性 / 水素化物薄膜物性 / 光誘起物性 / ニューロモルフィックデバイス
研究開始時の研究の概要

複合アニオン化合物において触媒・誘電性・イオン伝導性等の興味深い機能・物性が報告されているが、電子伝導に関する研究は少ない。本申請では、ヒドリド(H-)イオンを含む複合アニオン化合物の光誘起伝導現象に着目し、新奇機能・電子物性を開拓する。具体的には、YOxHy薄膜(Y2O3(絶縁体)とYH2(金属)の中間)とCa2NxHy薄膜(Ca2NH(絶縁体)とCa2N(金属)の中間)を反応性スパッタ法で作製し、in-situプラズマ分光解析を用いたアニオン組成の精密制御を通じて多機能な光・電気デバイス応用を目指す。

研究実績の概要

アンモニア合成の助触媒として高い活性を示すことが期待されるCa2NHのエピタキシャル薄膜合成において、類似のCa副格子を持つCa2NH(Hは形式的にH-)とCaNH(Hは形式的にH+)の選択成長過程について検討を進めた。特に、成膜時のCa原子発光強度をもとに、「CaのH2/N2の同時還元」と「CaH2の形成から窒素との反応」の違いにより、Hの形式電荷が変化したことが推察される。このような、成膜中のプロセスモニタは複雑系材料の選択的な成長に非常に有用であることがわかった。また、一般にNの導入にはNH3なども導入した高温プロセスが必要とされるが、反応性スパッタでは比較的低温(~500oC)で容易に合成できることから、今後は薄膜を用いた窒素・水素化合物の様々な物性・機能探索が可能である。

さらなるアニオンの追加に向け、フッ素(F)の薄膜への導入も進めた。F2は人体に有毒であり、危険性の高いガスであることから、Fの導入にはCF4を反応ガスとして用いた。その結果、フッ素イオン導電体であるLaF3のエピタキシャル薄膜合成にスパッタ法を用いて初めて成功した。低温で合成することで、酸化物基板上においても薄膜が作製可能であることもわかった。一般には不活性であるN2なども反応性スパッタでは高効率に膜内へ導入できることから、様々なアニオン置換による高いイオン導電性をもつ複合アニオンフッ化物薄膜の作製が今後期待できる。

現在までの達成度 (段落)

令和2年度が最終年度であるため、記入しない。

今後の研究の推進方策

令和2年度が最終年度であるため、記入しない。

報告書

(2件)
  • 2020 実績報告書
  • 2019 実績報告書
  • 研究成果

    (19件)

すべて 2021 2020 2019

すべて 雑誌論文 (6件) (うち国際共著 1件、 査読あり 6件、 オープンアクセス 4件) 学会発表 (12件) (うち国際学会 1件、 招待講演 8件) 図書 (1件)

  • [雑誌論文] 金属水素化物エピタキシャル薄膜の成長と電子物性2020

    • 著者名/発表者名
      清水 亮太、大口 裕之、一杉 太郎
    • 雑誌名

      応用物理

      巻: 89 号: 1 ページ: 20-24

    • DOI

      10.11470/oubutsu.89.1_20

    • NAID

      130007783795

    • ISSN
      0369-8009, 2188-2290
    • 年月日
      2020-01-10
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Polarity reversal of the charge carrier in tetragonal TiHx(x=1.6-2.0) at low temperatures2020

    • 著者名/発表者名
      Shimizu Ryota、Sasahara Yuki、Hamada Ikutaro、Oguchi Hiroyuki、Ogura Shohei、Shirasawa Tetsuroh、Kitamura Miho、Horiba Koji、Kumigashira Hiroshi、Orimo Shin-ichi、Fukutani Katsuyuki、Hitosugi Taro
    • 雑誌名

      Physical Review Research

      巻: 2 号: 3 ページ: 0334671-9

    • DOI

      10.1103/physrevresearch.2.033467

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Epitaxial Thin Film Growth of Europium Dihydride2020

    • 著者名/発表者名
      Yuya Komatsu, Ryota Shimizu, Markus Wilde, Shigeru Kobayashi, Yuki Sasahara, Kazunori Nishio, Kei Shigematsu, Akira Ohtomo, Katsuyuki Fukutani, and Taro Hitosugi
    • 雑誌名

      Cryst. Growth Des.

      巻: 20 号: 9 ページ: 5903-5903

    • DOI

      10.1021/acs.cgd.0c00602

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Diffusion of F atoms from fluoride substrates promotes the epitaxial growth of metal fluorides2020

    • 著者名/発表者名
      Xin Dai, Yuya Komatsu, Ryota Shimizu, and Taro Hitosugi
    • 雑誌名

      Appl. Phys. Express

      巻: 13 号: 8 ページ: 085507-085507

    • DOI

      10.35848/1882-0786/aba22d

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Metal Hydrides: Epitaxial Growth and Electronic Properties2020

    • 著者名/発表者名
      Shimizu Ryota、Oguchi Hiroyuki、Hitosugi Taro
    • 雑誌名

      Journal of the Physical Society of Japan

      巻: 89 号: 5 ページ: 051012-051012

    • DOI

      10.7566/jpsj.89.051012

    • NAID

      210000158109

    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Epitaxial Growth of Single-Phase Magnesium Dihydride Thin Films2019

    • 著者名/発表者名
      Shimizu Ryota、Kakinokizono Takuya、Gu Igseon、Hitosugi Taro
    • 雑誌名

      Inorganic Chemistry

      巻: 58 号: 22 ページ: 15354-15358

    • DOI

      10.1021/acs.inorgchem.9b02399

    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [学会発表] イッテルビウム水素化物薄膜のエピタキシャル成長と電気・光学特性評価2021

    • 著者名/発表者名
      邱 天裕, 小松 遊矢, 清水 亮太, ビルデ マーカス, 福谷 克之, 一杉 太郎
    • 学会等名
      応用物理学会 第68回 春季学術講演会
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
  • [学会発表] Selective fabrication of Ca2NH and CaNH epitaxial thin films using magnetron sputtering system2021

    • 著者名/発表者名
      Seoungmin Chon, Shigeru Kobayashi, Kazunori Nishio, Ryota Shimizu, Taro Hitosugi
    • 学会等名
      日本化学会春季年会 第101回春季大会
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
  • [学会発表] Fabrication of fluorine-ion conducting LaF3 epitaxial thin films assisted by CF4 reactive gas2021

    • 著者名/発表者名
      Xin DAI, Ryota Shimizu, Taro Hitosugi
    • 学会等名
      第68回応用物理学会春季学術講演会
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
  • [学会発表] イットリウム酸水素化物薄膜成長と光誘起絶縁体-金属転移2020

    • 著者名/発表者名
      清水 亮太
    • 学会等名
      日本物理学会2020年秋季大会
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] 金属水素化物薄膜における水素の荷電状態変化と電子・イオン物性制御2020

    • 著者名/発表者名
      清水 亮太、一杉 太郎
    • 学会等名
      第46回 固体イオニクス討論会
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] AIとロボットを導入した自律的無機材料合成2020

    • 著者名/発表者名
      清水 亮太
    • 学会等名
      第30回MRS-J年次大会
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] Autonomous thin film growth system for materials discovery2020

    • 著者名/発表者名
      Ryota Shimizu, Shigeru Kobayashi, Yasunobu Ando, Taro Hitosugi
    • 学会等名
      2020 Virtual MRS Spring/Fall Meeting
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] AI-ロボット合成システムの導入による無機薄膜材料研究2020

    • 著者名/発表者名
      清水亮太
    • 学会等名
      ISSP Workshop 次世代放射光へのイノベーション
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] 金属水素化物薄膜の水素組成制御と物性2019

    • 著者名/発表者名
      清水亮太
    • 学会等名
      新学術領域「ハイドロジェノミクス」第4回若手育成スクール
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] AI-Robot システムを導入した無機固体材料研究2019

    • 著者名/発表者名
      清水亮太
    • 学会等名
      JSTさきがけ「マテリアルズインフォ」第3回公開シンポジウム
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] Epitaxial growth of metal hydride thin films and their unique physical properties2019

    • 著者名/発表者名
      Ryota Shimizu
    • 学会等名
      The 5th Japan-Korea Joint Symposium on Hydrogen in Materials
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] 金属水素化物のエピタキシャル成長と電子物性制御2019

    • 著者名/発表者名
      清水亮太
    • 学会等名
      第2回ハイドロジェノミクス研究会
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 招待講演
  • [図書] 人と共生するAI革命 ~活用事例からみる生活・産業・社会の未来展望~ 「AIとロボットを融合した全自動システムによる機能性薄膜創製」部 分担執筆2020

    • 著者名/発表者名
      清水亮太、一杉太郎 (分担執筆)
    • 総ページ数
      480
    • 出版者
      (株) エヌ・ティー・エス
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書

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公開日: 2019-04-18   更新日: 2021-12-27  

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