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本研究では、軽元素を含む機能性材料において、軽元素の出入りをイオン液体ゲーティングによって制御することを目指して実験を行った。本年度は主に窒化物薄膜Mn3CuNおよび鉄系超伝導体NdFeAsOについて実験を行った。
Mn3CuNについては、フォトリソグラフィ及びArイオンミリングを用い、薄膜に対しより高電界を印加可能な微細デバイスへと加工するプロセスを確立した。このデバイスに対してゲート電圧印加したところ、相転移点より高温側ではホールキャリア蓄積により抵抗が減少することが明らかとなった。一方、転移点より低温側では抵抗の変化量が異なっており、転移の前後で電子構造が大きく変化していることが考えられた。そこで、試料の磁気輸送特性を詳細に調べたところ、メインキャリアはホールであるものの、電子キャリアも伝導に寄与していることと、転移温度の前後でキャリア密度に急峻な変化が生じていることが明らかとなった。一方、本系では敬元素である窒素の欠損により転移温度が変化することが想定されるが、ゲーティングによる転移温度の変化は確認されなかった。窒素欠損に大きな影響を与えると思われる超高真空中のゲーティングにおいても同様に転移温度の変化は確認されなかった。
一方NdFeAsOについても電界効果実験を試みた。まずは電界効果に適した極薄膜試料をMBE法によって作製し、これを微細デバイスへと加工してゲート電圧印加を行った。本系は酸素の欠損により超伝導転移温度が変化することが想定されるが、空気中、真空中、高真空中のいずれの真空度においても転移温度の変化を確認できなかった。しかし、デバイスがおかれている真空度および電圧を調整することにより、精密な薄膜エッチングが可能であることが分かった。そこで、これを利用して薄膜を掘削しつつ伝導特性を測定したところ、キャリア密度に勾配が存在することが明らかとなった。
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