電気二重層トランジスタ動作下の軟X線吸収分光による酸化物金属絶縁体転移機構の解明

2021 年度 実施状況報告書

• 研究課題/領域番号: 21K14541
• 研究機関: 大学共同利用機関法人高エネルギー加速器研究機構
• 研究代表者: 北村 未歩 大学共同利用機関法人高エネルギー加速器研究機構, 物質構造科学研究所, 助教 (00783581)
• 研究期間 (年度): 2021-04-01 – 2024-03-31
• キーワード: 軟X線吸収分光 / オペランド分光 / 電気二重層トランジスタ / 強相関酸化物 / 金属絶縁体転移

研究実績の概要

本研究では、転換可視蛍光収量法を用いた透過軟X線吸収分光を用いて、電気二重層トランジスタ動作下でのキャリア蓄積領域の軟X線吸収分光を達成する。これにより、強相関Ni酸化物のキャリアドープによる金属絶縁体転移の変調メカニズムを電子状態の観点から明らかにすることを目的とする。
今年度は、デバイス構造作製に用いる薄膜そのものの転換可視蛍光収量法を用いた透過軟X線吸収スペクトルの取得を試みた。具体的には、LaAlO3蛍光基板上にNdNiO3薄膜を作製し、転換可視蛍光収量法を用いた透過軟X線吸収分光測定を行った。しかしながら、基板中のLaイオンの影響で目的のNiの吸収スペクトルを明瞭に得ることができなかった。そのため蛍光基板をLaイオンを含有しないものに選定し直し、今後はその基板上で薄膜を作製して吸収スペクトルの取得を試みる。さらに、電気二重層トランジスタ構造によるキャリアドープを起因とした金属絶縁体転移前後の電子状態を評価するために、温度変化させながら電圧印加して転換可視蛍光収量法を用いた透過軟X線吸収分光測定を行うことができるクライオスタットと試料ホルダーの制作を開始した。来年度は、今年度に選定したYAlO3基板上に薄膜を作製して転換可視蛍光収量法を用いた透過軟X線吸収スペクトルの取得を達成する。さらに、電気二重層トランジスタ構造に用いるイオン液体についても評価を行い、デバイス構造の作製を試みる。

現在までの達成度 (区分)

3: やや遅れている

理由

LaAlO3蛍光基板上にNdNiO3薄膜を作製し、転換可視蛍光収量法を用いた透過軟X線吸収分光測定を行った。その結果、基板のLaイオンによる蛍光発光の影響が予想以上に大きく、評価したいNdNiO3薄膜中のNiイオンの吸収スペクトルがこれに埋もれてしまうことが明らかになった。そのため、この構造では目的を達成できないと判断し、Laイオンを含まない別の蛍光基板の探索を行って今後はYAlO3基板上にデバイス作製することに決定した。
試料作製とは別に、温度変化させながら電圧印加して転換可視蛍光収量法を用いた透過軟X線吸収分光測定を行うことができるクライオスタットと試料ホルダーの制作を開始している。

今後の研究の推進方策

来年度は、今年度選定したYAlO3基板上にNdNiO3薄膜及びSmNiO3薄膜を作製し、転換可視蛍光収量法を用いた透過軟X線吸収分光測定を達成する。さらに、電気二重層トランジスタ構造の作製に必要なイオン液体の選定と塗布膜厚の決定を行う。この薄膜とイオン液体を用いて電気二重層トランジスタ構造を作製し、電圧印加に伴った金属絶縁体転移温度の変調を達成する。

次年度使用額が生じた理由

今年度は新型コロナウイルスの影響で成果発表がオンラインとなり、さらにデバイス構造作製のための出張が叶わず、旅費が発生しなかった。来年度は、オンサイトでの成果発表とデバイス作製のための出張を予定している。

研究成果

• [雑誌論文] Synthesis of High-Entropy Layered Oxide Epitaxial Thin Films: LiCr1/6Mn1/6Fe1/6Co1/6Ni1/6Cu1/6O2 (2022)
  • 著者名/発表者名: Wang Kaidong、Nishio Kazunori、Horiba Koji、Kitamura Miho、Edamura Kurei、Imazeki Daisuke、Nakayama Ryo、Shimizu Ryota、Kumigashira Hiroshi、Hitosugi Taro
  • 雑誌名: Crystal Growth & Design 巻: 22 ページ: 1116～1122
  • DOI: 10.1021/acs.cgd.1c01076
  • 査読あり
• [雑誌論文] Crystal structure and electronic property modification of Ca2RuO4 thin films via fluorine doping (2022)
  • 著者名/発表者名: Fukuma Shota、Chikamatsu Akira、Katayama Tsukasa、Maruyama Takahiro、Yanagisawa Keiichi、Kimoto Koji、Kitamura Miho、Horiba Koji、Kumigashira Hiroshi、Hirose Yasushi、Hasegawa Tetsuya
  • 雑誌名: Physical Review Materials 巻: 6 ページ: 035002(1)-(5)
  • DOI: 10.1103/PhysRevMaterials.6.035002
  • 査読あり
• [雑誌論文] Electronic structure of 3゜-twisted bilayer graphene on 4H-SiC(0001) (2021)
  • 著者名/発表者名: Iimori Takushi、Visikovskiy Anton、Imamura Hitoshi、Miyamachi Toshio、Kitamura Miho、Horiba Koji、Kumigashira Hiroshi、Mase Kazuhiko、Nakatsuji Kan、Tanaka Satoru、Komori Fumio
  • 雑誌名: Physical Review Materials 巻: 5 ページ: L051001(1)-(6)
  • DOI: 10.1103/PhysRevMaterials.5.L051001
  • 査読あり
• [雑誌論文] Local polarization and valence distribution in LaNiO3/LaMnO3 heterostructures (2021)
  • 著者名/発表者名: Anada Masato、Sakaguchi Satoshi、Nagai Kazuki、Kitamura Miho、Horiba Koji、Kumigashira Hiroshi、Wakabayashi Yusuke
  • 雑誌名: Physical Review B 巻: 104 ページ: 085111(1)-(9)
  • DOI: 10.1103/PhysRevB.104.085111
  • 査読あり
• [雑誌論文] Electronic structure of SrTi1－xVxO3 films studied by in situ photoemission spectroscopy: Screening for a transparent electrode material (2021)
  • 著者名/発表者名: Kanda Tatsuhiko、Shiga Daisuke、Yukawa Ryu、Hasegawa Naoto、Nguyen Duy Khanh、Cheng Xianglin、Tokunaga Ryosuke、Kitamura Miho、Horiba Koji、Yoshimatsu Kohei、Kumigashira Hiroshi
  • 雑誌名: Physical Review B 巻: 104 ページ: 115121(1)-(11)
  • DOI: 10.1103/PhysRevB.104.115121
  • 査読あり
• [雑誌論文] Epitaxial-Strain-Induced Spontaneous Magnetization in Polar Mn2Mo3O8 (2021)
  • 著者名/発表者名: Mo Shishin、Katayama Tsukasa、Chikamatsu Akira、Kitamura Miho、Horiba Koji、Kumigashira Hiroshi、Hasegawa Tetsuya
  • 雑誌名: Chemistry of Materials 巻: 33 ページ: 7713～7718
  • DOI: 10.1021/acs.chemmater.1c01877
  • 査読あり
• [雑誌論文] Large magnetoresistance of a compensated metal Cu2Sb correlated with its Fermi surface topology (2021)
  • 著者名/発表者名: Endo Mizuki、Kawasoko Hideyuki、Soma Seigo、Yamauchi Kunihiko、Kitamura Miho、Horiba Koji、Kumigashira Hiroshi、Kimura Noriaki、Oguchi Tamio、Sato Takafumi、Fukumura Tomoteru
  • 雑誌名: Physical Review Materials 巻: 5 ページ: 105002 (1)-(8)
  • DOI: 10.1103/PhysRevMaterials.5.105002
  • 査読あり
• [雑誌論文] Dirac semimetal phase and switching of band inversion in XMg2Bi2 (X=Ba and Sr) (2021)
  • 著者名/発表者名: Takane Daichi、Kubota Yuya、Nakayama Kosuke、Kawakami Tappei、Yamauchi Kunihiko、Souma Seigo、Kato Takemi、Sugawara Katsuaki、Ideta Shin-ichiro、Tanaka Kiyohisa、Kitamura Miho、Horiba Koji、Kumigashira Hiroshi、Oguchi Tamio、Takahashi Takashi、Segawa Kouji、Sato Takafumi
  • 雑誌名: Scientific Reports 巻: 11 ページ: 1937(1)-(9)
  • DOI: 10.1038/s41598-021-01333-z
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Resonant tunneling driven metal-insulator transition in double quantum-well structures of strongly correlated oxide (2021)
  • 著者名/発表者名: Yukawa R.、Kobayashi M.、Kanda T.、Shiga D.、Yoshimatsu K.、Ishibashi S.、Minohara M.、Kitamura M.、Horiba K.、Santander-Syro A. F.、Kumigashira H.
  • 雑誌名: Nature Communications 巻: 12 ページ: 7070(1)-(7)
  • DOI: 10.1038/s41467-021-27327-z
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [学会発表] KEK-PF BL-28におけるマイクロARPESシステムの開発 (2022)
  • 著者名/発表者名: 北村未歩、相馬清吾、本間飛鳥、若林大佑、田中宏和、豊島章雄、雨宮健太、川上竜平、菅原克明、中山耕輔、吉松公平、組頭広志、佐藤宇史、堀場弘司
  • 学会等名: 第35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] Micro-ARPES system at VUV beamline BL-28 of KEK-PF (2022)
  • 著者名/発表者名: Miho Kitamura, Seigo Souma, Asuka Honma, Daisuke Wakabayashi, Hirokazu Tanaka, Akio Toyoshima, Kenta Amemiya, Tappei Kawakami, Katsuaki Sugawara Kosuke Nakayama, Kohei Yoshimatsu, Hiroshi Kumigashira, Takafumi Sato, Koji Horiba
  • 学会等名: 4th International Conference on Synchrotron Radiation Instrumentation (SRI2021)
  • 国際学会
• [学会発表] Interfacial Ferromagnetism Induced by Asymmetric Charge Redistribution at Heterostructures of Perovskite Transition-metal Oxides (2021)
  • 著者名/発表者名: M. Kitamura
  • 学会等名: 2021 IEEE 11th International Conference on “Nanomaterials: Applications & Properties” (NAP-2021)
  • 国際学会 / 招待講演