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2018 年度 実施状況報告書

ディラック電子系アンチペロブスカイト酸化物薄膜の作製と電子状態評価

研究課題

研究課題/領域番号 18K04946
研究機関国立研究開発法人産業技術総合研究所

研究代表者

簑原 誠人  国立研究開発法人産業技術総合研究所, エレクトロニクス・製造領域, 主任研究員 (70728633)

研究期間 (年度) 2018-04-01 – 2021-03-31
キーワード酸化物エレクトロニクス / 薄膜
研究実績の概要

近年、極めて高い電子移動度を持つディラック電子を駆使した、次世代エレクトロニクス応用を目指した研究が盛んに進められている。本研究では、そのようなディラック電子を有する物質として「アンチペロブスカイト酸化物」に着目する。この物質は、3次元的なディラック電子を持つと理論的に予言され、幅広い応用可能性が期待されている。ディラック電子に基づく機能活用のためには、未だ理論上想定されるに留まっているアンチペロブスカイト酸化物におけるディラック電子特有の電子状態を実験的に明らかにする必要がある。そのような電子状態評価やデバイス応用において不可欠である薄膜化に関して、これまでの先行研究では作製に成功しているかどうか未だ疑問の余地が残る。そこで本研究では、①パルスレーザー堆積法によるアンチペロブスカイト酸化物薄膜の作製、および②作製した薄膜におけるディラック電子特有の電子状態を直接観測することを目的とする。
初年度では、必要なターゲット材料を購入し、パルスレーザー堆積法による薄膜化を開始した。薄膜作製に必要な基板の選定、表面処理技術の確立を行なったのち、製膜時の酸素分圧および基板温度の最適条件を探索することで、平坦な単結晶表面を示唆する電子線回折パターンが得られた。作製した試料について、X線構造解析や、放射光を用いた異常散乱などの実験を行うことで、結晶構造がアンチペロブスカイト構造であることが明らかとなった。さらにX線光電子分光測定による価数や組成分析を組み合わせることで、特有の化学状態について明らかにした。これにより、アンチペロブスカイト酸化物薄膜の作製手法が確立された。

現在までの達成度 (区分)
現在までの達成度 (区分)

2: おおむね順調に進展している

理由

当初の計画通り薄膜作製に成功し、特に電子状態評価を通して、アンチペロブスカイト酸化物では、構成する金属イオンが酸化物としては異常な価数を示すことが明らかにすることができたため。

今後の研究の推進方策

研究を進める上で、構成するスズ元素が高温プロセスで大量に抜けるため、特に製膜温度に関する最適条件が非常に狭く、角度分解光電子分光測定に必要な品質の表面を得ることが困難であることであることが明らかとなった。そこで今度の方針として、低温でも高品質な表面が得られるかどうかについて明らかにするため、他のスズ酸化物についても研究を展開する計画である。

次年度使用額が生じた理由

消耗品である薄膜作製用基板の単価(6,800円)に対して、残金がわずかに不足したため、次年度と合わせて使用する計画である。

  • 研究成果

    (23件)

すべて 2019 2018

すべて 雑誌論文 (5件) (うち国際共著 1件、 査読あり 5件) 学会発表 (18件) (うち国際学会 6件、 招待講演 1件)

  • [雑誌論文] Emergence of metallic monoclinic states of VO2 films induced by K deposition2019

    • 著者名/発表者名
      Shiga D.、Minohara M.、Kitamura M.、Yukawa R.、Horiba K.、Kumigashira H.
    • 雑誌名

      Physical Review B

      巻: 99 ページ: 125120

    • DOI

      10.1103/PhysRevB.99.125120

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Growth of antiperovskite oxide Ca3SnO films by pulsed laser deposition2018

    • 著者名/発表者名
      Minohara Makoto、Yukawa Ryu、Kitamura Miho、Kumai Reiji、Murakami Youichi、Kumigashira Hiroshi
    • 雑誌名

      Journal of Crystal Growth

      巻: 500 ページ: 33~37

    • DOI

      10.1016/j.jcrysgro.2018.08.014

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Control of two-dimensional electronic states at anatase TiO2(001) surface by K adsorption2018

    • 著者名/発表者名
      Yukawa R.、Minohara M.、Shiga D.、Kitamura M.、Mitsuhashi T.、Kobayashi M.、Horiba K.、Kumigashira H.
    • 雑誌名

      Physical Review B

      巻: 97 ページ: 165428

    • DOI

      10.1103/PhysRevB.97.165428

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Spectroscopic and theoretical investigation of the electronic states of layered perovskite oxyfluoride Sr2RuO3F2 thin films2018

    • 著者名/発表者名
      Chikamatsu Akira、Kurauchi Yuji、Kawahara Keisuke、Onozuka Tomoya、Minohara Makoto、Kumigashira Hiroshi、Ikenaga Eiji、Hasegawa Tetsuya
    • 雑誌名

      Physical Review B

      巻: 97 ページ: 235101

    • DOI

      10.1103/PhysRevB.97.235101

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Inhomogeneous barrier heights at dipole-controlled SrRuO3/Nb:SrTiO3 Schottky junctions2018

    • 著者名/発表者名
      Yajima T.、Minohara M.、Bell C.、Hwang H. Y.、Hikita Y.
    • 雑誌名

      Applied Physics Letters

      巻: 113 ページ: 221603~221603

    • DOI

      10.1063/1.5052712

    • 査読あり / 国際共著
  • [学会発表] Origin of interfacial ferromagnetism between perovskite oxides LaNiO3 and LaMnO3 studied by synchrotron-radiation spectroscopy2019

    • 著者名/発表者名
      北村 未歩、小林 正起、坂井 延寿、簔原 誠人、湯川 龍、志賀 大亮、雨宮 健太、野中 洋亮、芝田 悟朗、藤森 淳、藤岡 洋、組頭 広志
    • 学会等名
      Congress of Smart Materials-2019(W-C-S-M-2019)
    • 国際学会
  • [学会発表] ペロブスカイト型遷移金属酸化物ヘテロ界面における電荷移動の発現機構2019

    • 著者名/発表者名
      北村 未歩、小林 正起、簔原 誠人、坂井 延寿、湯川 龍、藤岡 洋、堀場 弘司、組頭 広志
    • 学会等名
      第32回日本放射光学会年会・放射光科学合同シンポジウム
  • [学会発表] アナターゼ型TiO2の表面水素修飾2次元金属状態2019

    • 著者名/発表者名
      湯川 龍、簔原 誠人、志賀 大亮、北村 未歩、小林 正起、堀場 弘司、組頭 広志
    • 学会等名
      第32回日本放射光学会年会・放射光科学合同シンポジウム
  • [学会発表] K 蒸着したVO2 薄膜における単斜晶系金属相の出現2019

    • 著者名/発表者名
      志賀 大亮、簔原 誠人、北村 未歩、湯川 龍、堀場 弘司、組頭 広志
    • 学会等名
      第32回日本放射光学会年会・放射光科学合同シンポジウム
  • [学会発表] Anatase TiO2 (001)表面の2次元電子状態制御2019

    • 著者名/発表者名
      湯川 龍、簔原 誠人、志賀 大亮、北村 未歩、三橋 太一、小林 正起、堀場 弘司、組頭 広志
    • 学会等名
      2018年度量子ビームサイエンスフェスタ
  • [学会発表] Origin of interfacial ferromagnetism between perovskite transition-metal oxides LaNiO3 and LaMnO32018

    • 著者名/発表者名
      北村 未歩、堀場 弘司、小林 正起、坂井 延寿、簔原 誠人、湯川 龍、 志賀 大亮、雨宮 健太、T.Nagai、野中 洋亮、芝田 悟朗、藤森 淳、藤岡 洋、組頭 広志
    • 学会等名
      第42回日本磁気学会学術講演会
    • 招待講演
  • [学会発表] Present Status of wide-energy-range VUV-SX beamline BL-2 MUSASHI at KEK-PF2018

    • 著者名/発表者名
      北村 未歩、堀場 弘司、簔原 誠人、湯川 龍、志賀 大亮、豊島 章雄、田中 宏和、永谷 康子、小菅 隆、雨宮 健太、組頭 広志
    • 学会等名
      Synchrotron Radiation Instrumentation (SRI 2018)
    • 国際学会
  • [学会発表] Origin of interfacial ferromagnetism between perovskite oxides LaNiO3 and LaMnO32018

    • 著者名/発表者名
      北村 未歩、堀場 弘司、小林 正起、坂井 延寿、簔原 誠人、湯川 龍、志賀 大亮、雨宮 健太、野中 洋亮、芝田 悟朗、藤森 淳、藤岡 洋、組頭 広志
    • 学会等名
      14th International Conference on Atomically Controlled Surfaces, Interfaces and Nanostructures (ACSIN-14)
    • 国際学会
  • [学会発表] Wide-energy-range synchrotron beamline for spectroscopic analysis of surface and interface, BL-2 MUSASHI2018

    • 著者名/発表者名
      堀場 弘司、北村 未歩、簔原 誠人、湯川 龍、志賀 大亮、豊島 章雄、田中 宏和、永谷 康子、小菅 隆、雨宮 健太、組頭 広志
    • 学会等名
      14th International Conference on Atomically Controlled Surfaces, Interfaces and Nanostructures (ACSIN-14)
    • 国際学会
  • [学会発表] Control of the Metal-Insulator Transition in VO2 Thin Films by K Deposition2018

    • 著者名/発表者名
      志賀 大亮、簔原 誠人、北村 未歩、湯川 龍、堀場 弘司、組頭 広志
    • 学会等名
      14th International Conference on Atomically Controlled Surfaces, Interfaces and Nanostructures (ACSIN-14)
    • 国際学会
  • [学会発表] In situ angle-resolved photoemission studies of the quasi-two-dimensional electron liquid states formed at anatase TiO2 (001) surface by K adsorption2018

    • 著者名/発表者名
      湯川 龍、簔原 誠人、志賀 大亮、北村 未歩、三橋 太一、小林 正起、堀場 弘司、組頭 広志
    • 学会等名
      14th International Conference on Atomically Controlled Surfaces, Interfaces and Nanostructures (ACSIN-14)
    • 国際学会
  • [学会発表] 面方位制御La1/3Sr2/3FeO3薄膜における電荷不均化の膜厚依存性2018

    • 著者名/発表者名
      簔原 誠人、北村 未歩、和達 大樹、中尾 裕則、熊井 玲児、村上 洋一、組頭 広志
    • 学会等名
      第14回固体イオニクスセミナー
  • [学会発表] 面方位制御La1/3Sr2/3FeO3薄膜における電荷不均化の膜厚依存性2018

    • 著者名/発表者名
      簔原 誠人、北村 未歩、和達 大樹、中尾 裕則、熊井 玲児、村上 洋一、組頭 広志
    • 学会等名
      強的秩序とその操作に関わる第7回研究会ー若手夏の学校ー
  • [学会発表] Nd0.6Sr0.4FeO3-δの薄膜化による電気特性・電子構造変化2018

    • 著者名/発表者名
      並木 航、髙栁真、土屋敬志、簔原 誠人、堀場 弘司、組頭 広志、樋口透
    • 学会等名
      第14回固体イオニクスセミナー
  • [学会発表] ペロブスカイト型遷移金属酸化物LaNiO3/LaMnO3へテロ構造における界面強磁性の起源2018

    • 著者名/発表者名
      北村 未歩、小林 正起、坂井 延寿、簔原 誠人、湯川 龍、志賀 大亮、雨宮 健太、野中 洋亮、芝田 悟朗、藤森 淳、藤岡 洋、堀場 弘司、組頭 広志
    • 学会等名
      第10回放射光学会若手研究会
  • [学会発表] 表面X線回折の差分測定による表面微小変位の定量観測法2018

    • 著者名/発表者名
      穴田 壮人、藤井 宏昌、簔原 誠人、Christopher Bell、疋田 育之、Harold. Y. Hwang、若林 裕助
    • 学会等名
      日本物理学会 2018年秋季大会
  • [学会発表] 共鳴光電子分光法によるPr1-xYxCoO3の電子構造の研究II2018

    • 著者名/発表者名
      金井大輔、高柳亮平、中村拓海、大川万里生、小林義彦、小林 正起、簔原 誠人、堀場 弘司、組頭 広志、小野寛太、Eike F. Schwier、島田賢也、齋藤智彦
    • 学会等名
      日本物理学会 2018年秋季大会
  • [学会発表] K吸着によるAnatase TiO2 (001)表面の2次元電子状態制御2018

    • 著者名/発表者名
      湯川 龍、簔原 誠人、志賀 大亮、北村 未歩、三橋 太一、小林 正起、堀場 弘司、組頭 広志
    • 学会等名
      表面・界面スペクトロスコピー研究会

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公開日: 2019-12-27  

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