| 研究課題/領域番号 |
15J09861
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| 研究機関 | 東京大学 |
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研究代表者 |
吉田 将郎 東京大学, 工学系研究科, 特別研究員(DC2)
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| 研究期間 (年度) |
2015-04-24 – 2017-03-31
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| キーワード | 二次元物質 / メモリスタ / 熱力学的準安定状態 |
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| 研究実績の概要 |
強相関二次元物質が有する過冷却相をデバイス応用することが平成 27 年度の目標である。具体的な物質としては、強相関二次元物質を代表する硫化タンタル 1T-TaS2 の薄膜に着目する。本物質は、一次の金属絶縁体相転移を起こす。
まずデバイス応用の準備として、膜厚と、過冷却相の出来やすさの関係を調べた。実験としては、様々な膜厚の薄膜について冷却速度を変えて抵抗温度依存性を測定し、転移の生じる閾値膜厚の冷却速度依存性を調べた。すると膜厚が小さいと過冷却相が生じやすくなり、徐冷してはじめて熱力学安定な絶縁体相へ転移できるという、非常に系統的な結果を得た。この振る舞いは、一次相転移を起こす強相関二次元物質が、膜厚という変数を用いて連続的に相転移の時間スケールを制御できる稀有な系であることを示している。
そして、1T-TaS2 の薄膜をチャネルとした二端子デバイスを作製し、電流―電圧特性を測定することで、相変化メモリ機能の実現を試みた。実験としては、薄膜面内方向に 10 kV/cm程度の強電場をパルス的に印加するというものである。まず低温では、過冷却相から、熱力学安定な絶縁体相へ不揮発性スイッチングすることを観測した。これは、相変化メモリにおいて Erase に相当する応答である。一方で高温では、熱力学的安定な絶縁体相から、1T-TaS2 バルク単結晶においては観測されたことの無い準安定金属相へ不揮発性スイッチングすることを明らかにした。一般的な相変化メモリは、熱力学安定相と過冷却相の二状態間をスイッチングするだけである。よって本発見は、1T-TaS2薄膜が、通常の相変化メモリ以上の機能を有していることを示している。スイッチング後の状態が、電圧印加の条件に依存することから、メモリスタ的な機能が 1T-TaS2 薄膜に潜在していることを、本成果は示唆している。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
1: 当初の計画以上に進展している
理由
当初は、熱力学安定相と過冷却相の二状態間、あるいはその中間状態をスイッチングするような、相変化メモリの機能を実現することを計画していた。しかし平成27年度の研究において、熱力学的安定な絶縁体相から、バルク単結晶においては観測されたことの無い準安定金属相へ不揮発性スイッチングすることが分かった。よって、強相関二次元物質が、通常の相変化メモリ以上の機能を有していることが明らかになった。
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| 今後の研究の推進方策 |
平成27年度の研究において、パルス的な電圧を印加することで、バルク単結晶において決して観測されることの無かった熱力学的準安定金属状態へスイッチングできることが明らかになった。本発見は、強相関二次元結晶に新奇量子相が潜在していることを明示している。この準安定状態の詳細を調べることが今後の研究目標である。
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