| 研究課題/領域番号 |
21224009
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| 研究機関 | 東北大学 |
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研究代表者 |
岩佐 義宏 東北大学, 金属材料研究所, 教授 (20184864)
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| 研究分担者 |
野島 勉 東北大学, 金属材料研究所, 准教授 (80222199)
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| キーワード | 電界効果トランジスタ / 電気二重層 / キャパシタ / 金属薄膜 / 半導体 / 層状物質 / イオン液体 / 超伝導 |
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| 研究概要 |
本研究の目的は、電気化学的界面に発生する超強電界を用いたトランジスタ(電気2重層トランジスタEDLT)によって、多様な物質の電子状態を電界によって制御する技術を確立するとともに、化学的ドーピングでは実現できない物質の状態を電界によって形成することにより、電気化学、電子工学、物性物理学にまたがる新たな物質科学分野を構築することである。
本年度は、イオン液体を用いたEDLTの動作原理を明らかにするため、現実の実験では避けられない水の影響を明らかにした。半導体物質としては酸化物半導体酸化亜鉛単結晶の(001)面を用いた。乾燥イオン液体を用いた場合は、ほぼ理想的な静電的電荷蓄積がおこなわれると一方、数ppmの水を加えることによって、酸化亜鉛表面の極性によって全く異なるトランジスタ特性が得られることを明らかにした。特に、酸素極性面に作製されたEDLTの輸送特性は、極めて大きなヒステリシスを示すことが明らかになった。これは、イオン液体中で水分子の解離により発生したプロトンが酸化亜鉛表面に化学吸着するために発生するために現れる特性であり、静電的電荷蓄積に注目する場合は液体中に残留する水分を最小限に抑える必要があることを示すとともに、水の添加がプロトンメモリなどのトランジスタとは異なる機能をもたらすことも明らかにした。
以上の知見をもとにイオン液体の条件を最適化するとともに、層状物質ZrNCl単結晶を用いて新しい電界誘起超伝導を実現した。そこでは、単結晶デバイスを作製する技術を確立する必要があった。ZrNClはファンデルワールスギャップを有する層状物質で、バンドギャップ約3eVのバンド絶縁体である。化学輸送法を用いて作製した単結晶は100ミクロン程度なので、従来の手法では電極を付けることができない。グラフェンデバイスの作製法として知られる、スコッチテープによる剥離と、電子ビームリソグラフィを用いて、10ミクロン以下のサイズのZrNCl単結晶に対して、EDLTデバイスを作製をすることに成功した。そのデバイスを用いて、Tc=15Kに至る電界誘起超伝導を実現した。
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