電気化学的な電子状態変調による遷移金属酸化物薄膜超伝導体の創製

2020 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 18H03925
• 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): 2018-04-01 – 2021-03-31
• キーワード: 薄膜電子材料 / エピタキシー / 電気化学 / 超伝導材料・素子 / トポケミカル反応

研究実績の概要

本研究では，薄膜化した前周期遷移金属酸化物に対して電気化学的にキャリアを均一にドープすることによって新しい超伝導体を創製することを目的とする。また，元素横断的に電子相転移を調べ，特異な物性発現の起源を明らかにすることを狙いとする。昨年度（令和元年度）は，これまで多結晶しか合成されていないスピネル型のLiV2O4と層状岩塩型のLiVO2，ならびにα相LixMoO3とβ相LixMoO3の薄膜をそれぞれ作り分ける手法を確立した。LiV2O4とβ相LixMoO3に対して電気化学的にLiイオンを挿入・脱離することによってキャリアを系統的に制御した結果，構造相転移を伴わない金属絶縁体転移を実証することに成功した。また，LiNbO2についてLiを欠損させると低温で超伝導体になりp型透明導電性が増すという新奇な機能性を明らかにした。これらの進捗を受けて，今年度（令和2年度）は，LiV2O4における金属絶縁体転移の起源について詳細に検討した。抵抗率の温度依存性からLiイオン挿入により電子相関が増大し，電子の有効質量が発散的に重くなることがわかった。また，Li欠LiNbO2超伝導薄膜の抵抗率の印加磁場の大きさと角度の依存性を調べ，強い二次元性を明らかにした。さらにバンド構造と光学特性の評価から，シングルバンドにおいてホール超伝導が実現していることが強く示唆する結果が得られた。

現在までの達成度 (段落)

令和2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

令和2年度が最終年度であるため、記入しない。

研究成果

• [雑誌論文] Superconducting dome underlying bipolaronic insulating state in charge-doped Ti4O7 epitaxial films (2021)
  • 著者名/発表者名: T. Soma, T. Kobayashi, K. Yoshimats, A. Ohtomo
  • 雑誌名: Journal of the Physical Society of Japan 巻: 90 ページ: 023705-1－3
  • DOI: 10.7566/JPSJ.90.023705
  • 査読あり
• [雑誌論文] Epitaxial stabilization of complete solid-solution β-(AlxGa1-x)2O3 (100) films by pulsed-laser deposition (2021)
  • 著者名/発表者名: R. Wakabayashi, K. Yoshimatsu, M. Hattori, J.-S. Lee, O. Sakata, A. Ohtomo
  • 雑誌名: Crystal Growth and Design 巻: 21 ページ: 2844－2849
  • DOI: 10.1021/acs.cgd.1c00030
  • 査読あり
• [雑誌論文] Optical and structural investigations on titanium oxynitride films for visible-UV photocatalytic applications (2020)
  • 著者名/発表者名: J. Mizushiro, K. Yoshimatsu, N. Ohashi, M. Tanaka, O.Sakata, A. Ohtomo
  • 雑誌名: Journal of Applied Physics 巻: 127 ページ: 135301-1－6
  • DOI: 10.1063/1.5143609
  • 査読あり
• [雑誌論文] p-type transparent superconductivity in a layered oxide (2020)
  • 著者名/発表者名: T. Soma, K. Yoshimatsu, A. Ohtomo
  • 雑誌名: Science Advances 巻: 6 ページ: eabb8570-1－6
  • DOI: 10.1126/sciadv.abb8570
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Epitaxial thin film growth of europium dihydride (2020)
  • 著者名/発表者名: Y. Komatsu, R. Shimizu, M. Wilde, S. Kobayashi, Y. Sasahara, K. Nishio, K. Shigematsu, A. Ohtomo, K. Fukutani, T. Hitosugi
  • 雑誌名: Crystal Growth and Design 巻: 20 ページ: 5903－5907
  • DOI: 10.1021/acs.cgd.0c00602
  • 査読あり
• [学会発表] 層状岩塩型LiNiO2薄膜のエピタキシャル成長 (2021)
  • 著者名/発表者名: 矢島 達也, 相馬 拓人, 大友 明
  • 学会等名: 2021年第68回応用物理学会春季学術講演会
• [学会発表] Investigation of impact of orientation on electronic properties in epitaxially grown MoO2 films (2021)
  • 著者名/発表者名: 張 書馨, 相馬 拓人, 大友 明
  • 学会等名: 2021年第68回応用物理学会春季学術講演会
• [学会発表] Characterization of γ-Al2O3/β-Ga2O3 interface with photo-assisted capacitance-voltage method (2021)
  • 著者名/発表者名: 張 楠, 斉藤 拓海, 亀井 海聖, 相馬 拓人, 大友 明
  • 学会等名: 2021年第68回応用物理学会春季学術講演会
• [学会発表] パルスレーザ堆積法による窒素ドープ Ga2(O1－xSx)3薄膜の成長 (2021)
  • 著者名/発表者名: 斉藤 拓海, 井原 佑太, 相馬 拓人, 加渡 幹尚, 大友 明
  • 学会等名: 2021年第68回応用物理学会春季学術講演会
• [学会発表] Ni-N 結合の実現に向けた CrN/NiO 超格子構造の作製 (2021)
  • 著者名/発表者名: 佐藤 大知, 横山 竜, 相馬 拓人, 大友 明
  • 学会等名: 2021年第68回応用物理学会春季学術講演会
• [学会発表] A p-type transparent conducting oxide with 2D superconductivity (2021)
  • 著者名/発表者名: A. Ohtomo, T. Soma
  • 学会等名: 2021 Virtual MRS Spring Meeting & Exhibit
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] 電気化学反応を用いたフィリング制御による「電子の重さ」の変調 (2020)
  • 著者名/発表者名: 矢島 達也, 相馬 拓人, 大友 明
  • 学会等名: 第10回CSJ化学フェスタ2020
• [学会発表] 巨大交換バイアスの実現に向けたLa2MnCoO6薄膜のBサイト秩序度制御による磁気特性の変調 (2020)
  • 著者名/発表者名: 張 樹桐, 武内 優, 相馬 拓人, 大友 明
  • 学会等名: 第10回CSJ化学フェスタ2020
• [学会発表] LiNbO2のモデル誘電関数の研究 (2020)
  • 著者名/発表者名: 倉地 司, 山口 拓真, 相馬 拓人, 大友 明, 牧野 哲征
  • 学会等名: 令和2年度応用物理学会 北陸・信越支部学術講演会
• [学会発表] スピネル・層状岩塩型構造バナジウム酸リチウムのエピタキシャル成長と電気化学的イオン脱挿入 (2020)
  • 著者名/発表者名: 矢島 達也, 相馬 拓人, 大友 明
  • 学会等名: 第46回 固体イオニクス討論会
• [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] 電子を抜くと透明な超伝導体になる物質を発見～世界初のp型透明超伝導体を実現
  • URL: https://www.titech.ac.jp/news/2020/047383.html
• [産業財産権] 酸化ガリウム系半導体の製造方法 (2020)
  • 発明者名: 加渡 幹尚，大友 明，相馬 拓人
  • 権利者名: トヨタ自動車株式会社
  • 産業財産権種類: 特許
  • 産業財産権番号: 2020-156405