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本研究では、機能性電子材料おいて発現し、デバイス等への応用において最も重要な電流(量子・電子)輸送機構について、高分解能を有する透過電子顕微鏡法(TEMおよびSTEM)を用いた原子レベルでの構造解析と高速・大容量計算機による理論計算(第一原理など)を併用して、実験と理論の両面から解明することを目的とした。具体的には、シリコンに替わる次世代電力制御素子として注目されているワイドバンドギャップを有する炭化珪素(SiC)半導体に対する金属電極に着目し、電極/半導体界面における電流輸送機構を解明した。特に電極界面における炭素原子一層の形成がショットキー障壁を劇的に低減させ、界面での電流輸送を容易に生じさせたと結論づけた。本成果は、SiC半導体のみならず、今後進展が期待されるダイアモンド半導体用電極開発にも応用できる知見と言える。また、熱電変換素子や超電導素子として期待される超格子構造を有するチタン酸ストロンチウム系薄膜について、電流輸送における金属-絶縁体相転移と微細構造との相関を明らかにした。原子制御した超格子薄膜において、薄膜堆積過程で結晶構造に微少な歪みが生じ、電子状態を急激に変化させ、ドーパントから供給された電子の輸送機構に大きく影響を及ぼすことを見出した。本成果は、昨今の原子層堆積技術が確立される中、材料機能に対して結晶格子歪みの影響について十分な理解の必要性を示すものとなった。
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