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2017 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, 物質理工学院, 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

本研究では,高品位な遷移金属酸化物の薄膜試料を作製し,可視光応答型光電極やリチウムイオン二次電池への応用を可能とする新しい電極活物質を創製すること目的として,反応活性や電子状態を電子相図で解析することで顕著な物性を明らかにしてきた.平成29年度は以下に述べる研究を実施するとともに,3年間で得られた成果を総括した.
可視光応答型光電極については,前年度までに得られたFe2O3系光アノード(酸素発生電極)の実験結果に基づき,(1)チタン酸遷移金属MTiO3(M = Mn, Fe, Co, Ni)光アノード,(2)CaFe2O4光カソード(水素発生電極),(3)チタン酸窒化物光アノードの薄膜合成と物性評価に取り組んだ.また,平成27年度に実施した超伝導LiTi2O4の関連テーマとして(4)高次チタン酸化物の薄膜合成に取り組みγ-Ti3O5やTi4O7という新奇な超伝導体を発見した.そして,超伝導の発現にはバイポーラロンを介した非常に珍しい機構が関与していることを示した.さらに高次チタン酸化物の共晶薄膜を作製し超伝導転移温度を三成分系相図で表した.一方,昨年度実施した超伝導CsxWO3の関連テーマとして(5)CsW2O6の薄膜合成と物性評価を進めた.磁気抵抗変化の特異な温度依存性,ならびにCsイオンのラットリングやWサイトの電荷不均化を伴う電子状態を明らかにした.研究課題を通じて扱った20余りの遷移金属酸化物の半数に対して,薄膜形状による新規な電子物性を明らかにした.特にFe2O3系光アノードとLiTi2O4やγ-Ti3O5などの超伝導特性について電子相図解析による顕著な物性を明らかにすることに成功した.

現在までの達成度 (段落)

29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

29年度が最終年度であるため、記入しない。

  • 研究成果

    (30件)

すべて 2018 2017 その他

すべて 国際共同研究 (1件) 雑誌論文 (7件) (うち査読あり 7件、 オープンアクセス 1件) 学会発表 (19件) (うち国際学会 7件、 招待講演 5件) 備考 (3件)

  • [国際共同研究] パルマ大学(イタリア)

    • 国名
      イタリア
    • 外国機関名
      パルマ大学
  • [雑誌論文] Epitaxial structure and electronic property of β-Ga2O3 films grown on MgO (100) substrates by pulsed-laser deposition2017

    • 著者名/発表者名
      R. Wakabayashi, K. Yoshimatsu, M. Hattori, A. Ohtomo
    • 雑誌名

      Applied Physics Letters

      巻: 111 ページ: 162101-1~4

    • DOI

      https://doi.org/10.1063/1.4990779

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Superconductivity in Ti4O7 and γ-Ti3O5 films2017

    • 著者名/発表者名
      K. Yoshimatsu, O. Sakata, A. Ohtomo
    • 雑誌名

      Scientific Reports

      巻: 7 ページ: 12544-1~6

    • DOI

      10.1038/s41598-017-12815-4

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Electronic structures and photoanodic properties of ilmenite-type MTiO3 epitaxial films (M = Mn, Fe, Co, Ni)2017

    • 著者名/発表者名
      K. Yoshimatsu, H. Mashiko, N. Umezawa, K. Horiba, H. Kumigashira, A. Ohtomo
    • 雑誌名

      Journal of Physical Chemistry C

      巻: 121 ページ: 18717~18724

    • DOI

      10.1021/acs.jpcc.7b06076

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Highly oriented epitaxial CaFe2O4 thin films on TiO2 substrates grown by pulsed-laser deposition2017

    • 著者名/発表者名
      N. Nishiyama, H. Mashiko, K. Yoshimatsu, K. Horiba, H. Kumigashira, A. Ohtomo
    • 雑誌名

      Thin Solid Films

      巻: 638 ページ: 406~409

    • DOI

      https://doi.org/10.1016/j.tsf.2017.08.003

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Effects of phase fraction on superconductivity of low-valence eutectic titanate films2017

    • 著者名/発表者名
      H. Kurokawa, K. Yoshimatsu, A. Ohtomo
    • 雑誌名

      Journal of Applied Physics

      巻: 122 ページ: 055302-1~8

    • DOI

      https://doi.org/10.1063/1.4997443

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Hetero-epitaxial growth control of single-crystalline anatase TiO2 nanosheets predominantly exposing the {001} facet on oriented crystalline substrates2017

    • 著者名/発表者名
      M. M. Maitani, K. Tanaka, H. Satou, T. Oshima, A. Ohtomo, Y. Wada
    • 雑誌名

      CrystEngComm

      巻: 19 ページ: 4734~4741

    • DOI

      10.1039/C7CE00754J

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Microwave effects on Co-Pi cocatalysts deposited on α-Fe2O3 for application to photocatalytic oxygen evolution2017

    • 著者名/発表者名
      M. M. Maitani, T. Yamada, H. Mashiko, K. Yoshimatsu, T. Oshima, A. Ohtomo, Y. Wada
    • 雑誌名

      ACS Applied Materials & Interfaces

      巻: 9 ページ: 10349~10354

    • DOI

      10.1021/acsami.6b16319

    • 査読あり
  • [学会発表] Electrochemically active metal-oxide devices2018

    • 著者名/発表者名
      A. Ohtomo, H. Mashiko, M. Niwa, H. Kurokawa, K. Yoshimatsu
    • 学会等名
      European Advanced Energy Materials and Technology Congress (AEMC 2018)
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] 新規ワイドギャップ混晶半導体β-(Ga1-yScy)2O32018

    • 著者名/発表者名
      若林 諒, 吉松 公平,大友 明
    • 学会等名
      第65回応用物理学会春季学術講演会
  • [学会発表] 擬2次元SrTiO3極薄膜への電界効果キャリアドーピング2018

    • 著者名/発表者名
      東條 尚志, 吉松 公平,大友 明
    • 学会等名
      第65回応用物理学会春季学術講演会
  • [学会発表] ウェットエチングを用いたβ-Ga2O3(100)基板表面のSi不純物除去2018

    • 著者名/発表者名
      李 政洙, 若林 諒, 吉松 公平, 大友 明
    • 学会等名
      第65回応用物理学会春季学術講演会
  • [学会発表] βパイロクロア型CsW2O6金属-絶縁体転移におけるホールドープ効果2018

    • 著者名/発表者名
      相馬 拓人, 吉松 公平, 堀場 弘司, 組頭 広志, 大友 明
    • 学会等名
      第65回応用物理学会春季学術講演会
  • [学会発表] 水素ラジカル支援パルスレーザ堆積法を用いたZrH2薄膜の作製2018

    • 著者名/発表者名
      西 暁登, 吉松 公平, 大友 明
    • 学会等名
      第65回応用物理学会春季学術講演会
  • [学会発表] 電気化学的インターカレーションによるタングステン酸化物の可逆的電子相制御2017

    • 著者名/発表者名
      相馬 拓人, 吉松 公平, 大友 明
    • 学会等名
      2017年第7回CSJ化学フェスタ2017
  • [学会発表] チタン酸窒化物の薄膜合成と可視光応答型半導体光電極作製に向けた光学特性評価2017

    • 著者名/発表者名
      水城 淳, 吉松 公平, 大友 明
    • 学会等名
      2017年第7回CSJ化学フェスタ2017
  • [学会発表] Growth of β-Ga2O3-based heterostructures by pulsed-laser deposition2017

    • 著者名/発表者名
      R. Wakabayashi, M. Hattori, K. Yoshimatsu, K. Horiba, H. Kumigashira, A. Ohtomo
    • 学会等名
      2nd International Workshop on Gallium Oxide and Related Materials
    • 国際学会
  • [学会発表] 全Al組成β -(Alx Ga1-x)2O3 (0 =< x =< 1)薄膜のエピタキシャル成長2017

    • 著者名/発表者名
      若林 諒, 吉松 公平, 大友 明
    • 学会等名
      第78回応用物理学会秋季学術講演会
  • [学会発表] SrTiO3/LaTiOx人工超格子構造の電気二重層トランジスタ特性2017

    • 著者名/発表者名
      東條 尚志, 吉松 公平, 大友 明
    • 学会等名
      第78回応用物理学会秋季学術講演会
  • [学会発表] ダブルペロブスカイト型La2VFeO6薄膜の合成と物性2017

    • 著者名/発表者名
      石丸 純也, 吉松 公平,堀場 弘司, 組頭 広志, 大友 明
    • 学会等名
      第78回応用物理学会秋季学術講演会
  • [学会発表] βパイロクロア型CsW2O6の金属-絶縁体転移と電子構造2017

    • 著者名/発表者名
      相馬 拓人, 吉松 公平, 堀場 弘司, 組頭 広志, 大友 明
    • 学会等名
      第78回応用物理学会秋季学術講演会
    • 招待講演
  • [学会発表] パルスレーザ堆積法を用いたチタン酸窒化物薄膜の作製2017

    • 著者名/発表者名
      水城 淳, 井上 忠彦, 吉松 公平, 大橋 直樹, 大友 明
    • 学会等名
      第78回応用物理学会秋季学術講演会
  • [学会発表] Graphoepitaxy of In2O3 by quasi-VLS growth2017

    • 著者名/発表者名
      A. Ohtomo
    • 学会等名
      IUMRS-ICAM 2017 The 15th International Conference on Advanced Materials
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Epitaxial growth and physical properties of La2CrMnO6 double-perovskite films2017

    • 著者名/発表者名
      J. Ishimaru, K. Yoshimatsu, K. Horiba,H. Kumigashira, A. Ohtomo
    • 学会等名
      The 10th International Conference on the Science and Technology for Advanced Ceramics (STAC-10)
    • 国際学会
  • [学会発表] Eletrochemical modulation of electronic states for tungsten oxides epitaxial films2017

    • 著者名/発表者名
      T. Soma, K. Yoshimatsu, A. Ohtomo
    • 学会等名
      The 10th International Conference on the Science and Technology for Advanced Ceramics (STAC-10)
    • 国際学会
  • [学会発表] Epitaxial growth of low valence transition-metal oxides exhibiting novel electronic states2017

    • 著者名/発表者名
      A. Ohtomo
    • 学会等名
      The 21st American Conference on Crystal Growth and Epitaxy (ACCGE-21)
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Superconductivity in higher titanium oxides2017

    • 著者名/発表者名
      K. Yoshimatsu, O. Sakata, A. Ohtomo
    • 学会等名
      The 3rd Functional Oxide Thin Films for Advanced Energy and Information Technology Conference
    • 国際学会 / 招待講演
  • [備考] 東京工業大学物質理工学院応用化学系大友研究室

    • URL

      http://www.ohtomo.apc.titech.ac.jp/

  • [備考] 酸化チタンの新機能を発見 ―薄膜形状で超伝導を実現―

    • URL

      https://www.titech.ac.jp/news/2017/039414.html

  • [備考] Top 100 in Physics

    • URL

      https://www.nature.com/collections/lbnlhhghdx/content/1-25

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公開日: 2018-12-17  

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