強相関半導体のデバイス物理

2002 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 13440109
• 研究機関: 東京大学
• 研究代表者: 高木 英典 東京大学, 大学院・新領域創成科学研究科, 教授 (40187935)
• 研究分担者: 笹川 崇男 東京大学, 大学院・新領域創成科学研究科, 助手 (30332597) ; 花栗 哲郎 東京大学, 大学院・新領域創成科学研究科, 助教授 (40251326)
• キーワード: モット半導体 / キャリアドーピグ / Ca_<2-x>Na_xCuO_2Cl_2 / 電界効果型トランジスタ(FET) / SrTiO_3 / 強相関エレクトロニクス

研究概要

微小ドープモット半導体の典型例としてCa_<2-x>Na_xCuO_2Cl_2に着目し、その基礎学理の研究をさらに展開させた。その目的は従来型の半導体とは本質的に異なるモット半導体のドーピング応答をミクロなレベルで理解することにある。ドービング効果のSTM/STSの直接観察によって、ナノスケールの電子の自己組織化(縞状の金属ドメインと絶縁体ドメイン)が観測された。この観測結果を微小ドープモット絶縁体に存在するとされる電子相分離の一種であると主張し、その証拠が得られつつある。(一部出版、一部投稿中)
エキゾチック半導体を用いた電界効果型トランジスタ(FET)構造の研究については、この一年の間に米国でのデータ捏造事件の発生によって、内外の研究の現状の認識が大きく変わった。強相関半導体を用いた酸化物エレクトロニクスを切り拓いていくために、FET技術が必須であることに変わりはなく、その重要性に疑いの余地はない。むしろ目標へ遠くなった現状を受け入れた上で、着実にかつ強力に研究を推進していく必要がある。このような視点のもと。ごく基本的な物質を用いたFET構成を通じて、プロセス技術の地道な蓄積をはかった。その結果、ペロブスカイト型SrTiO_3において、スレショルド電圧の存在、ドレイン電流の飽和、キャパシタンスの変化などを伴う明確なFET特性を示すデバイスを構築することに世界で初めて成功した。(論文投稿中)複合ペロブスカイト酸化物において疑いの余地のないFET動作を観測するするのは初めてである。また同物質は各種デバイスの基盤として広く用いられることから、酸化物の「シリコン」とも呼ばれる立場にあり、その意義は大きい。

研究成果

• [文献書誌] Yuhki Kohsaka, Masaki Azuma, Ikuya Yamada, Takao Sasagawa, Tetsuo Hanaguri, Mikio Takano, Hidenori Takagi: "Growth of Na-Doped Ca_2CuO_2Cl_2 Single Crystals under High Pressures of Several GPa"J.Am.Chem.Soc. Vol.124,No.41. 12275-12278 (2002)
• [文献書誌] Harada Y, Okada K, Eguchi R, Kotani A, Takagi H, Takeuchi T, Shin S: "Unique identification of Zhang-Rice singlet excitation in Sr_2CuO_2Cl_2 madiated by the O 1s core hole : Symmetry-selective resonant soft x-ray Ram an scattering study"Phys Rev.B. 66 : (16). 165104 (2002)
• [文献書誌] Ueda H, Nohara M, Kitazawa K, Takagi H, Fujimori A, Mizokawa T, Yagi T: "Copper pyrites CuS_2 and CuSe_2 as anion conductors"PHYSICAL REVIEW B. 65 : (15). 155104 (2002)
• [文献書誌] Hiroaki Ueda, Koichii Kitazawa, Hidenori Takagi, Takehiko Matsumoto: "Strong Carrier Concentration Dependence of Pressure Effect on Bipolaronic Transitions in Magneli Phase Ti_nO_<2n-1>(n4,5,6)"J.Phys.Soc.Jpn. Vol.71,No. 6. 1506-1510 (2002)
• [文献書誌] Lake B, Ronnow HM, Christensen NB, Aeppli G, Lefmann K, McMorrow DF, Vorderwisch P, Smeibidl P, Mangkorntong N, Sasagawa T, Nohara M, Takagi H, Mason TE: "Antiferromagnetic order induced by an applied magnetic field in a high-temperature superconductor"NATURE. 415. 299-302 (2002)
• [文献書誌] Sawa A, Kawasaki M, Takagi H, Tokura Y: "Electron-doped superconductor La_<2-x>Ce_xCuO_4 : Preparation of thin films and modified doping range for superconductivitv"PHYSICAL REVIEW B. 66 : (1). 014531 (2002)
• [文献書誌] Horii S, Takagi H, Ikuta H, Hussey NE, Hirabayashi I, Mizutani U: "Dimensionality of the Cu-O double-chain site of PrBa2Cu4O8"PHYSICAL REVIEW B. 66 : (5). 054530 (2002)
• [文献書誌] Kobayashi K, Susaki T, Fujimori A, Tonogai T, Takagi H: "Disorder effects in the bipolaron system Ti_4O_7 studied by photoemission spectroscopy"EUROPHYSICS LETTERS. 59 : (6). 868-874 (2002)
• [文献書誌] Izawa K, Kamata K, Nakajima Y, Matsuda Y, Watanabe T, Nohara M, Takagi H, Thalmeier P, Maki K: "Gap function with point nodes in borocarbide superconductor YNi2B2C"PHYSICAL REVIEW LETTERS. 89 : (13). 137006 (2002)
• [文献書誌] Katsufuji T, Masaki M, Machida A, Moritomo M, Kato K, Nishibori E, Takata M, Sakata M, Ohoyama K, Kitazawa K, Takagi H: "Crystal structure and magnetic properties of hexagonal RMnO_3(R=Y, Lu, and Sc)and the effect of doping"PHYSICAL REVIEW B. 66 : (13). 134434 (2002)
• [文献書誌] Ueda H, Kitazawa K, Matsumoto T, Takagi H: "Charge transport near pressure-induced antiferromagnetic quantum critic al point in Magneli-phase vanadium oxides"Solid State Communications. 125 : (2). 83-87 (2003)