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2015 年度 実績報告書

遷移金属酸化物のエピタキシーと電子相解析による電極活物質の開発

研究課題

研究課題/領域番号 15H03881
研究機関東京工業大学

研究代表者

大友 明  東京工業大学, 理工学研究科, 教授 (10344722)

研究期間 (年度) 2015-04-01 – 2018-03-31
キーワード薄膜・表面 / 超伝導 / 光触媒 / 遷移金属酸化物 / エピタキシャル成長 / 電気化学セル / 金属-絶縁体転移
研究実績の概要

平成27年度は,次の二つの目標を掲げ,薄膜合成と基礎物性の評価に注力して研究を行った.①光活物質としてのFe系酸化物:組成や配向が異なる試料の電子相図を参照試料の電子相図と比較することで触媒能の制御因子を明らかにする.②電荷活物質としてのTi系酸化物:電荷量からLiの挿入脱離量を精密に制御した電荷活物質薄膜の抵抗率測定を行い,電子相図を完成する.その結果,薄膜合成法ならびに基礎物性評価手法を確立することに成功した.①については,サイクリックボルタンメトリーとインピーダンス解析を組み合わせることによって,触媒能の制御因子を明らかにした.②については,期待通りの電子相図が得られたものの,Liの挿入脱離量を精密に制御することに関しては課題が残った(「現在までの進捗状況」に詳述).以下に①と②の成果の概要を述べる.
① α-Fe2O3はc軸よりもそれと直交する軸方向で高い導電率を示すことが知られている.c軸に平行・直交に配向したα-Fe2O3光電極を作製し,光照射下サイクリックボルタンメトリーにより評価した.c軸に直交に配向した場合に光電流が大きいことが分かった.また,インピーダンス解析から,表面準位容量が大きく異なることが分かった.このことは結晶面の安定な表面終端構造や酸素原子密度の違いによるものと結論した.
② 超伝導材料であるチタン酸リチウム薄膜を負極材に用いたリチウムイオン電池セル構造を形成して充電・放電操作を繰り返し行い,同時にチタン酸リチウムの電気抵抗を測定した.その結果,充電時には常伝導に,放電時には超伝導にと電気抵抗が切り替わることを実証した.また,充電・放電操作前後での超伝導転移温度を比較したところ,両者が完全に一致しており,可逆的な超伝導転移であることを発見した.

現在までの達成度 (区分)
現在までの達成度 (区分)

2: おおむね順調に進展している

理由

計画通り進んでいるが,Liの挿入脱離量を精密に制御することができていない.これまでのところクロノアンペロメトリーを用いて脱挿入したLiイオンの定量を行っているが,測定手順の関係で室温と低温を行き返りする間に僅かながらLiイオンの脱挿入が起きていることが分かった.Liイオン量に依存するエレクトロクロミックの性質を利用して分光学的に定量する手法を検討する予定である.一方で,成果のインパクトという意味では我々の予想を上回った.すなわち,「電池を使うと超伝導に」というプレスリリースのタイトルが反響を呼び,テレビ番組で紹介されるとともに,海外の複数のメディアでニュースとして取り上げられた.

今後の研究の推進方策

平成27年度に確立した実験手法を用いて材料範囲を拡張する.具体的にはFe系酸化物の光触媒活性を上げるCoリン酸錯体などを担持した薄膜やVやW系酸化物を対象にする.当初ガスクロマトグラフを電気化学セルに接続した装置を立ち上げることを計画していたが,既存装置を利用する目途が立ったので不要となった.

  • 研究成果

    (34件)

すべて 2016 2015 その他

すべて 雑誌論文 (4件) (うち査読あり 4件、 謝辞記載あり 2件、 オープンアクセス 1件) 学会発表 (26件) (うち国際学会 8件、 招待講演 3件) 図書 (1件) 備考 (3件)

  • [雑誌論文] Fabrication and characterization of semiconductor photoelectrodes with orientation-controlled α-Fe2O3 thin films2016

    • 著者名/発表者名
      Hisanori Mashiko, Kohei Yoshimatsu, Takayoshi Oshima, Akira Ohtomo
    • 雑誌名

      The Journal of Physical Chemistry C

      巻: 120 ページ: 2747-2752

    • DOI

      10.1021/acs.jpcc.5b10838

    • 査読あり / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Reversible superconductor-insulator transition in LiTi2O4 induced by Li-ion electrochemical reaction2016

    • 著者名/発表者名
      Kohei Yoshimatsu, Mifuyu Niwa, Hisanori Mashiko, Takayoshi Oshima, Akira Ohtomo
    • 雑誌名

      Scientific Reports

      巻: 5 ページ: 16325-16331

    • DOI

      10.1038/srep16325

    • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Oxygen-radical-assisted pulsed-laser deposition of β-Ga2O3 and β-(AlxGa1-x)2O3 films2015

    • 著者名/発表者名
      Ryo Wakabayashi, Takayoshi Oshima, Mai Hattori, Kohei Sasaki, Takekazu Masui, Akito Kuramata, Shigenobu Yamakoshi, Kohei Yoshimatsu, Akira Ohtomo
    • 雑誌名

      Journal of Crystal Growth

      巻: 424 ページ: 77-79

    • DOI

      10.1016/j.jcrysgro.2015.05.005

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Conducting Si-doped γ-Ga2O3 epitaxial films grown by pulsed-laser deposition2015

    • 著者名/発表者名
      Takayoshi Oshima, Kentarou Matsuyama, Kohei Yoshimatsu, Akira Ohtomo
    • 雑誌名

      Journal of Crystal Growth

      巻: 421 ページ: 23-26

    • DOI

      10.1016/j.jcrysgro.2015.04.011

    • 査読あり
  • [学会発表] グラフォエピタキシャルZnO 薄膜におけるホール移動度の向上2016

    • 著者名/発表者名
      工藤 徹也, 大島 孝仁, 吉松 公平, 大友 明
    • 学会等名
      第63回応用物理学会春季学術講演会
    • 発表場所
      東京工業大学大岡山キャンパス
    • 年月日
      2016-03-19 – 2016-03-22
  • [学会発表] CsxWO3 エピタキシャル薄膜の作製と超伝導特性の変調2016

    • 著者名/発表者名
      相馬 拓人, 吉松 公平, 大友 明
    • 学会等名
      第63回応用物理学会春季学術講演会
    • 発表場所
      東京工業大学大岡山キャンパス
    • 年月日
      2016-03-19 – 2016-03-22
  • [学会発表] TiO,Ti2O3,γ -Ti3O5 共晶薄膜の超伝導2016

    • 著者名/発表者名
      黒川 輝, 吉松 公平, 大友 明
    • 学会等名
      第63回応用物理学会春季学術講演会
    • 発表場所
      東京工業大学大岡山キャンパス
    • 年月日
      2016-03-19 – 2016-03-22
  • [学会発表] 高品質γ -Ti3O5 薄膜の合成と超伝導特性2016

    • 著者名/発表者名
      吉松 公平, 坂田 修身, 大友 明
    • 学会等名
      第63回応用物理学会春季学術講演会
    • 発表場所
      東京工業大学大岡山キャンパス
    • 年月日
      2016-03-19 – 2016-03-22
  • [学会発表] ダブルペロブスカイト酸化物薄膜の時間分解X線磁気円二色性測定2016

    • 著者名/発表者名
      平田 靖透, 山本 航平, 山本 真吾, 吉松 公平, 大久保 勇男, 北村 未歩, 尾嶋 正治, 大友 明, 松田 巌, 和達 大樹
    • 学会等名
      日本物理学会 第71回年次大会
    • 発表場所
      東北学院大学泉キャンパス
    • 年月日
      2016-03-19 – 2016-03-22
  • [学会発表] Measuring superconductivity in a battery -superconductor to-insulator transitions induced by electrochemical reaction-2015

    • 著者名/発表者名
      Akira Ohtomo
    • 学会等名
      The 25th annual meeting of MRS-J
    • 発表場所
      横浜情報文化センター ホール
    • 年月日
      2015-12-08 – 2015-12-10
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Co-Pi所触媒粒子形成過程へのマイクロ波効果による光触媒能の向上2015

    • 著者名/発表者名
      山田 拓也, 米谷 真人, 増子 尚徳, 吉松 公平, 大島 孝仁, 大友 明, 椿 俊太郎, 鈴木 榮一, 和田 雄二
    • 学会等名
      第9回日本電磁波エネルギー応用学会シンポジウム
    • 発表場所
      上智大学
    • 年月日
      2015-11-19 – 2015-11-20
  • [学会発表] Evaluation of band offset at β-(AlxGa1-x)2O3/β-Ga2O3 heterointerface2015

    • 著者名/発表者名
      Mai Hattori, Ryo Wakabayashi, Takayoshi Oshima, Kohei Sasaki, Takekazu Masui, Akito Kuramata, Shigenobu Yamakoshi, Hiroshi Horiba, Hiroshi Kumigashira, Kohei Yoshimatsu, Akira Ohtomo
    • 学会等名
      The 1st International Workshop on Gallium Oxide and Related Materials
    • 発表場所
      京都大学桂キャンパス
    • 年月日
      2015-11-03 – 2015-11-06
    • 国際学会
  • [学会発表] Epitaxial relationship and capacitance-voltage characteristics of γ-Al2O3 films grown on (010) β-Ga2O3 substrates2015

    • 著者名/発表者名
      Mai Hattori, Takayoshi Oshima, Ryo Wakabayashi, Kohei Sasaki, Takekazu Masui, Akito Kuramata, Shigenobu Yamakoshi, Kohei Yoshimatsu, Akira Ohtomo
    • 学会等名
      The 1st International Workshop on Gallium Oxide and Related Materials
    • 発表場所
      京都大学桂キャンパス
    • 年月日
      2015-11-03 – 2015-11-06
    • 国際学会
  • [学会発表] Strong fermi-level pinning at metal β-Ga2O3(-201) interface2015

    • 著者名/発表者名
      Ryo Wakabayashi, Takayoshi Oshima, Mai Hattori, Kohei Sasaki, Takekazu Masui, Akito Kuramata, Shigenobu Yamakoshi, Kohei Yoshimatsu, Akira Ohtomo
    • 学会等名
      The 1st International Workshop on Gallium Oxide and Related Materials
    • 発表場所
      京都大学桂キャンパス
    • 年月日
      2015-11-03 – 2015-11-06
    • 国際学会
  • [学会発表] Growth and electric properties of conductive β-(AlxGa1-x)2O3 films2015

    • 著者名/発表者名
      Ryo Wakabayashi, Takayoshi Oshima, Mai Hattori, Kohei Sasaki, Takekazu Masui, Akito Kuramata, Shigenobu Yamakoshi, Kohei Yoshimatsu, Akira Ohtomo
    • 学会等名
      The 1st International Workshop on Gallium Oxide and Related Materials
    • 発表場所
      京都大学桂キャンパス
    • 年月日
      2015-11-03 – 2015-11-06
    • 国際学会
  • [学会発表] N-type doping of γ-Ga2O3 epitaxial films2015

    • 著者名/発表者名
      Takayoshi Oshima, Keitaro Matsuyama, Kohei Yoshimatsu, Akira Ohtomo
    • 学会等名
      The 1st International Workshop on Gallium Oxide and Related Materials
    • 発表場所
      京都大学桂キャンパス
    • 年月日
      2015-11-03 – 2015-11-06
    • 国際学会
  • [学会発表] Metallization of WO3 epitaxial films using Li-ion electrochemical intercalation2015

    • 著者名/発表者名
      Takuto Soma, Kohei Yoshimatsu, Takayoshi Oshima, Akira Ohtomo
    • 学会等名
      The 9th International Conference on the Science and Technology for Advanced Ceramics (STAC-9)
    • 発表場所
      つくば国際会議場
    • 年月日
      2015-10-19 – 2015-10-21
    • 国際学会
  • [学会発表] 界面終端面を制御した金属酸化物ヘテロ接合の可視光水分解特性2015

    • 著者名/発表者名
      中村 研太郎, 増子 尚徳, 吉松 公平, 大島 孝仁, 大友 明
    • 学会等名
      第5回CSJ化学フェスタ2015
    • 発表場所
      タワーホール船堀
    • 年月日
      2015-10-13 – 2015-10-15
  • [学会発表] β-Ga2O3上γ-Al2O3膜のエピタキシャル構造と容量電圧特性評価2015

    • 著者名/発表者名
      服部 真依, 若林 諒, 大島 孝仁, 佐々木 公平, 増井 建和, 倉又 朗人, 山腰 茂伸, 吉松 公平, 大友 明
    • 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
      2015-09-13 – 2015-09-16
  • [学会発表] 金属/β-Ga2O3 (-201) 界面における強いフェルミ準位ピンニング効果2015

    • 著者名/発表者名
      若林 諒, 大島 孝仁, 服部 真依, 佐々木 公平, 増井 建和, 倉又 朗人, 山腰 茂伸, 吉松 公平, 大友 明
    • 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
      2015-09-13 – 2015-09-16
  • [学会発表] ZnO グラフォエピタキシャル薄膜の電気特性評価2015

    • 著者名/発表者名
      工藤 徹也, 大島 孝仁, 大橋 一輝, 吉松 公平, 大友 明
    • 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
      2015-09-13 – 2015-09-16
  • [学会発表] Ti2O3エピタキシャル薄膜の合成と異方性伝導2015

    • 著者名/発表者名
      黒川 輝, 吉松 公平, 大島 孝仁, 大友 明
    • 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
      2015-09-13 – 2015-09-16
  • [学会発表] γ-Ti3O5薄膜の超伝導2015

    • 著者名/発表者名
      吉松 公平, 坂田 修身, 大友 明
    • 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
      2015-09-13 – 2015-09-16
  • [学会発表] マグネリ相Ti酸化物薄膜の超伝導2015

    • 著者名/発表者名
      吉松 公平, 坂田 修身, 大友 明
    • 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
      2015-09-13 – 2015-09-16
  • [学会発表] ペロブスカイト型Ti酸化物の金属-絶縁体転移における格子歪みの効果2015

    • 著者名/発表者名
      岡部 宏和, 吉松 公平, 大島 孝仁, 大友 明
    • 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
      2015-09-13 – 2015-09-16
  • [学会発表] ガラス上の3次元高配向薄膜成長に向けたナノスケール周期微細構造の作製2015

    • 著者名/発表者名
      大橋 一輝, 工藤 徹也, 大島 孝仁, 吉松 公平, 大友 明
    • 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
      2015-09-13 – 2015-09-16
  • [学会発表] Growth control of CoPi co-catalysts on Fe2O3 by microwave interfacial heating2015

    • 著者名/発表者名
      Masato Maitani, Takuya Yamada, Hisanori Mashiko, Kohei Yoshimatsu, Takayoshi Oshima, Shuntaro Tsubaki, Eiichi Suzuki, Akira Ohtomo, Yuji Wada
    • 学会等名
      First International Symposium on Recent Progress of Energy and Environmental Photocatalysis; (Photocatalysis 1)
    • 発表場所
      東京理科大学野田キャンパス
    • 年月日
      2015-09-03 – 2015-09-04
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Type-I band alignment at β-(AlxGa1-x)2O3/β-Ga2O3 heterojunctionsβ-(AlxGa1-x)2O3/β-Ga2O32015

    • 著者名/発表者名
      Takayoshi Oshima, Mai Hattori, Ryo Wakabayashi, Kohei Sasaki, Takekazu Masui, Akito Kuramata, Shigenobu Yamakoshi, Hiroshi Horiba, Hiroshi Kumigashira, Kohei Yoshimatsu, Akira Ohtomo
    • 学会等名
      The 34th Electronic Materials Symposium
    • 発表場所
      ラフォーレ琵琶湖
    • 年月日
      2015-07-15 – 2015-07-17
  • [学会発表] Oxygen-radical-assisted pulsed-laser deposition of β-Ga2O3-based films2015

    • 著者名/発表者名
      Ryo Wakabayashi, Takayoshi Oshima, Mai Hattori, Kohei Sasaki, Takekazu Masui, Akito Kuramata, Shigenobu Yamakoshi, Kohei Yoshimatsu, Akira Ohtomo
    • 学会等名
      The 34th Electronic Materials Symposium
    • 発表場所
      ラフォーレ琵琶湖
    • 年月日
      2015-07-15 – 2015-07-17
  • [学会発表] ナノパターンガラス基板上の配向膜成長2015

    • 著者名/発表者名
      大友 明
    • 学会等名
      2015年度2回極限ナノ造形・構造物性研究会公開講演会
    • 発表場所
      東京工業大学大岡山キャンパス
    • 年月日
      2015-06-22
    • 招待講演
  • [図書] 固体材料の科学2015

    • 著者名/発表者名
      Richard J. D. Tilley, 滝澤 博胤, 田中 勝久, 大友 明, 貝沼 亮介
    • 総ページ数
      300
    • 出版者
      東京化学同人
  • [備考] 電池を使うと超伝導に―超伝導エレクトロニクス実現に道筋―

    • URL

      http://www.titech.ac.jp/news/2015/032655.html

  • [備考] A potential control over superconductivity

    • URL

      http://www.titech.ac.jp/english/news/2015/032681.html

  • [備考] 英文ニュースレター Bulletin No. 41 配信

    • URL

      http://www.titech.ac.jp/news/2016/033532.html

URL: 

公開日: 2017-01-06  

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