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2017 年度 実績報告書

機能性薄膜材料における軽元素量の電界制御

研究課題

研究課題/領域番号 16K13684
研究機関名古屋大学

研究代表者

畑野 敬史  名古屋大学, 工学研究科, 助教 (00590069)

研究期間 (年度) 2016-04-01 – 2018-03-31
キーワード窒化物 / 薄膜 / 電界効果 / 鉄系超伝導体
研究実績の概要

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。

  • 研究成果

    (5件)

すべて 2017 その他

すべて 国際共同研究 (1件) 雑誌論文 (1件) (うち査読あり 1件) 学会発表 (3件) (うち国際学会 1件、 招待講演 1件)

  • [国際共同研究] Helmholtz-Zentrum Berlin(ドイツ)

    • 国名
      ドイツ
    • 外国機関名
      Helmholtz-Zentrum Berlin
  • [雑誌論文] Hall effect measurements of high-quality Mn3CuN thin films and the electronic structure2017

    • 著者名/発表者名
      Toshiki Matsumoto, Takafumi Hatano, Takahiro Urata, Kazumasa Iida, Koshi Takenaka, and Hiroshi Ikuta
    • 雑誌名

      Physical Review B

      巻: 96 ページ: 205153

    • DOI

      https://doi.org/10.1103/PhysRevB.96.205153

    • 査読あり
  • [学会発表] Epitaxial Growth of Single Crystalline Mn3CuN Thin Films and their Physical Properties2017

    • 著者名/発表者名
      T. Hatano
    • 学会等名
      2nd International Symposium on Negative Thermal Expansion and Related Materials
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Mn3CuN極薄膜に対する電界効果キャリア注入2017

    • 著者名/発表者名
      川崎 友暉, 畑野 敬史, 浦田 隆広, 飯田 和昌, 生 田 博志
    • 学会等名
      第78回応用物理学会秋季学術講演会
  • [学会発表] パルスレーザー堆積法によるCu 3 PdN薄膜の作製2017

    • 著者名/発表者名
      金澤 航己, 宮本 稜, 浦田 隆広, 畑野 敬史, 飯田 和昌, 生田 博志
    • 学会等名
      第78回応用物理学会秋季学術講演会

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公開日: 2018-12-17   更新日: 2022-08-05  

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