LaAlO3/SrTiO3ヘテロ構造の原子スケール電子状態

2017 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 26246022
• 研究機関: 東京工業大学
• 研究代表者: 一杉 太郎 東京工業大学, 物質理工学院, 教授 (90372416)
• 研究期間 (年度): 2014-04-01 – 2018-03-31
• キーワード: 酸化物表面 / 二次元電子状態 / 超伝導 / 金属酸化物 / 表面 / 界面

研究実績の概要

遷移金属酸化物は、多様な機能を示すことから、次世代エレクトロニクス・エネルギー材料として活発な研究が展開されている。近年、酸化物作製技術が急速に発展したことにより、原子レベルで急峻な界面を有する薄膜やヘテロ構造の作製が可能になり、新しい物性・機能が見出されている。このような酸化物薄膜やヘテロ構造が示す機能特性の探求・解明のためには、酸化物薄膜について、電子状態評価を原子レベル空間分解能で行うことが重要である。そこで、我々は独自の走査トンネル顕微鏡-成膜装置複合システムを構築し、研究を進めた。
本年度は最終年度ということもあり、論文にまとめる作業に集中した。SrVO3表面の特異な二次元電子状態、および、LiTi2O4表面の超伝導状態について考察を深め、論文発表を行った。
SrVO3については薄膜最表面に存在する酸素原子が二次元電子系の出現に大きな役割を果たしていることを、第一原理計算と実験より明らかにした。酸素原子の存在により表面近傍の電子エネルギー準位が変化し、二次元に広がる電子状態が生まれる。さらに、極薄膜の表面構造についても検討を進めた。
LiTi2O4においては、表面の原子構造をまず明らかにした。計算と理論よりTiで終端していることがわかった。さらに超伝導転移温度の見積もりを行ったところ、表面は内部よりも低い超伝導転移温度を示すことを明らかにした。この物質は全固体Li電池の電極材料でもあり、エネルギー材料の面からも研究を進めた。

現在までの達成度 (段落)

29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

29年度が最終年度であるため、記入しない。

研究成果

• [国際共同研究] シンガポール国立大学(シンガポール)
  • 国名: シンガポール
  • 外国機関名: シンガポール国立大学
• [国際共同研究] Paul Scherrer Institut(スイス)
  • 国名: スイス
  • 外国機関名: Paul Scherrer Institut
• [国際共同研究] University of British Columbia,(カナダ)
  • 国名: カナダ
  • 外国機関名: University of British Columbia,
• [国際共同研究] Northeastern University(米国)
  • 国名: 米国
  • 外国機関名: Northeastern University
• [国際共同研究] National Tsing Hua University/National Cheng Kung University(台湾)
  • 国名: その他の国・地域
  • 外国機関名: National Tsing Hua University/National Cheng Kung University
• [雑誌論文] Atomic-scale visualization of oxide thin-film surfaces (2018)
  • 著者名/発表者名: Iwaya Katsuya、Ohsawa Takeo、Shimizu Ryota、Okada Yoshinori、Hitosugi Taro
  • 雑誌名: Science and Technology of Advanced Materials 巻: 19 ページ: 282～290
  • DOI: 10.1080/14686996.2018.1442616
  • 査読あり
• [雑誌論文] Quasiparticle Interference on Cubic Perovskite Oxide Surfaces (2017)
  • 著者名/発表者名: Okada Yoshinori、Shiau Shiue-Yuan、Chang Tay-Rong、Chang Guoqing、Kobayashi Masaki、Shimizu Ryota、Jeng Horng-Tay、Shiraki Susumu、Kumigashira Hiroshi、Bansil Arun、Lin Hsin、Hitosugi Taro
  • 雑誌名: Physical Review Letters 巻: 119 ページ: 086801
  • DOI: 10.1103/PhysRevLett.119.086801
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Lithium diffusion in spinel Li4Ti5O12 and LiTi2O4 films detected with Li8β-NMR (2017)
  • 著者名/発表者名: Sugiyama Jun、Umegaki Izumi、Uyama Takeshi、McFadden Ryan M. L.、Shiraki Susumu、Hitosugi Taro、Salman Zaher、Saadaoui Hassan、Morris Gerald D.、MacFarlane W. Andrew、Kiefl Robert F.
  • 雑誌名: Physical Review B 巻: 96 ページ: 094402
  • DOI: 10.1103/PhysRevB.96.094402
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Fabrication of atomically abrupt interfaces of single-phase TiH2 and Al2O3 (2017)
  • 著者名/発表者名: Shimizu Ryota、Sasahara Yuki、Oguchi Hiroyuki、Yamamoto Kuniko、Sugiyama Issei、Shiraki Susumu、Orimo Shin-ichi、Hitosugi Taro
  • 雑誌名: APL Materials 巻: 5 ページ: 086102～086102
  • DOI: 10.1063/1.4996984
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Scanning tunnelling spectroscopy of superconductivity on surfaces of LiTi2O4(111) thin films (2017)
  • 著者名/発表者名: Okada Yoshinori、Ando Yasunobu、Shimizu Ryota、Minamitani Emi、Shiraki Susumu、Watanabe Satoshi、Hitosugi Taro
  • 雑誌名: Nature Communications 巻: 8 ページ: 15975～15975
  • DOI: 10.1038/ncomms15975
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] A nonvolatile memory device with very low power consumption based on the switching of a standard electrode potential (2017)
  • 著者名/発表者名: Sugiyama Issei、Shimizu Ryota、Suzuki Tohru、Yamamoto Kuniko、Kawasoko Hideyuki、Shiraki Susumu、Hitosugi Taro
  • 雑誌名: APL Materials 巻: 5 ページ: 046105～046105
  • DOI: 10.1063/1.4980031
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Chemical and entropic control on the molecular self-assembly process (2017)
  • 著者名/発表者名: Packwood Daniel M.、Han Patrick、Hitosugi Taro
  • 雑誌名: Nature Communications 巻: 8 ページ: 14463～14463
  • DOI: 10.1038/ncomms14463
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Self-assembly of very-low height/width aspect-ratio Li 3 Ni 2 NbO 6 disks embedded in Li 3 NbO 4 epitaxial films (2017)
  • 著者名/発表者名: Kawasoko Hideyuki、Shimizu Ryota、Takagi Yoshitaka、Yamamoto Kuniko、Sugiyama Issei、Shiraki Susumu、Hitosugi Taro
  • 雑誌名: Thin Solid Films 巻: 621 ページ: 202～206
  • DOI: 10.1016/j.tsf.2016.12.006
  • 査読あり
• [雑誌論文] Rapid prediction of molecule arrangements on metal surfaces via Bayesian optimization (2017)
  • 著者名/発表者名: Packwood Daniel M.、Hitosugi Taro
  • 雑誌名: Applied Physics Express 巻: 10 ページ: 065502～065502
  • DOI: doi.org/10.7567/APEX.10.065502
• [学会発表] Fabricating epitaxial thin films of hydrides (2018)
  • 著者名/発表者名: Taro Hitosugi
  • 学会等名: 3rd Japan-Korea Joint Symposium on Hydrogen in Materials
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] “酸化物エレクトロニクス技術と全固体Li電池研究の交差点 - 固体電解質と電極材料間の界面抵抗低減を実例として -” (2018)
  • 著者名/発表者名: 一杉太郎
  • 学会等名: 第65回応用物理学会春季学術講演会
  • 招待講演
• [学会発表] AI/Robot-driven Materials Research (2018)
  • 著者名/発表者名: 一杉太郎
  • 学会等名: 文部科学省 ナノテクノロジー・材料分野の研究開発戦略検討作業部会
  • 招待講演
• [学会発表] スピネル型負極活物質LiTi2O4エピタキシャル薄膜を用いた全固体薄膜リチウム電池の作製 (2018)
  • 著者名/発表者名: 西尾 和記, 小林 安貴, 清水 亮太, 一杉 太郎
  • 学会等名: 電気化学会第58回大会
• [学会発表] パルスレーザー堆積法による層状岩塩型正極材料LiNi1/3Mn1/3Co1/3O2エピタキシャル薄膜合成と全固体薄膜リチウムイオン電池の作製 (2018)
  • 著者名/発表者名: 中村 直人, 西尾 和記, 清水 亮太, 一杉 太郎
  • 学会等名: 電気化学会第58回大会
• [学会発表] パルスレーザー堆積法による層状岩塩型LiNi0.8Co0.2O2正極複合酸化物エピタキシャル薄膜の合成と全固体薄膜リチウムイオン電池の作製 (2018)
  • 著者名/発表者名: 西尾 和記, 清水 亮太, 一杉 太郎
  • 学会等名: 電気化学会第58回大会
• [学会発表] NbHx (0≦x＜1)エピタキシャル薄膜の構造相転移と電子伝導特性 (2018)
  • 著者名/発表者名: 笹原 悠輝, 清水 亮太, 小倉 正平, 西尾 和記, 杉山 一生, 大口 裕之, 福谷 克之, 折茂 慎一, 一杉 太郎
  • 学会等名: 第65回応用物理学会春季学術講演会
• [学会発表] 反応性マグネトロンスパッタ法を用いたYH2エピタキシャル薄膜の配向制御 (2018)
  • 著者名/発表者名: 小松 遊矢, 清水 亮太, 笹原 悠輝, 西尾 和記, 大口 裕之, 折茂 慎一, 一杉 太郎
  • 学会等名: 第65回応用物理学会春季学術講演会
• [学会発表] 標準電極電位差を利用した3値記憶素子の作製 (2018)
  • 著者名/発表者名: 渡邊 佑紀, 清水 亮太, 西尾 和記, 杉山 一生, リウ ウェイ, 渡邉 聡, 一杉 太郎
  • 学会等名: 第65回応用物理学会春季学術講演会
• [学会発表] LiTi2O4負極材料のエピタキシャル薄膜を利用した全固体Li電池の作製 (2018)
  • 著者名/発表者名: 小林 安貴, 西尾 和記, 清水 亮太, 一杉 太郎
  • 学会等名: 第65回応用物理学会春季学術講演会
• [学会発表] beta-NMRによる積層薄膜電池の電極と電解質界面の観察 (2018)
  • 著者名/発表者名: 杉山純, 梅垣いづみ, 白木将, 一杉太郎, Ryan M.L. McFadden, Dongsheng Wang, Victoria Karner, Gerald D. Morris, W. Andrew MacFarlane, Robert F. Kiefl
  • 学会等名: 日本物理学会第73回年次大会
• [学会発表] ガス曝露とイオン照射によるPd(100)の水素吸蔵と電気伝導特性評価 (2018)
  • 著者名/発表者名: 小澤孝拓, 清水亮太, 河内泰三, 小倉正平, 一杉太郎, 福谷克之
  • 学会等名: 日本物理学会第73回年次大会
• [学会発表] パルスレーザー堆積法によるNaCrO2エピタキシャル薄膜成長 (2018)
  • 著者名/発表者名: 遊馬 博明, 清水 亮太, 西尾 和記, 一杉 太郎
  • 学会等名: 第65回応用物理学会春季学術講演会
• [学会発表] ベイズ最適化を活用した成膜条件探索システムの構築 (2018)
  • 著者名/発表者名: 小林 成, 清水 亮太, 安藤 康伸, 西尾 和記, 一杉 太郎
  • 学会等名: 第65回応用物理学会春季学術講演会
• [学会発表] Ultrafast Charging of Solid-state Lithium Batteries: Injecting Oxide thin-film technologies to Battery Research (2017)
  • 著者名/発表者名: Taro Hitosugi
  • 学会等名: International Session, 第43回固体イオニクス討論会
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Charging Solid-state Lithium Batteries Instantly (2017)
  • 著者名/発表者名: Taro Hitosugi
  • 学会等名: 2017 NEA Symposium of Emerging Materials Innovation (日本学術振興会主催)
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Transparent Superconductor LiTi2O4 (2017)
  • 著者名/発表者名: Taro Hitosugi
  • 学会等名: The 15th International Conference on Advanced Materials (IUMRS-ICAM2017)
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Solid-state Lithium Batteries Rechargeable in “One” Second (2017)
  • 著者名/発表者名: Taro Hitosugi
  • 学会等名: XXVI International Materials Research Congress (IMRC2017)
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Atomistic understandings of perovskite oxide surfaces using scanning tunneling microscopy (2017)
  • 著者名/発表者名: Taro Hitosugi
  • 学会等名: International conference on the formation of silicon interfaces?(ICFSI 16)
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Solid-state Lithium Batteries Rechargeable in “One” Second: Solid-electrolyte/Electrode Superionic Conducting Interfaces (2017)
  • 著者名/発表者名: Taro Hitosugi
  • 学会等名: 12th Pacific Rim Conference on Ceramic and Glass Technology (PACRIM 12)
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] 高速充電可能な全固体 Li 電池に向けた研究 (2017)
  • 著者名/発表者名: 一杉太郎
  • 学会等名: 第188回高密度実装技術部会
  • 招待講演
• [学会発表] 全固体電池の将来像 (2017)
  • 著者名/発表者名: 一杉太郎
  • 学会等名: JST-CRDS俯瞰ワークショップ ナノテクノロジー・材料分野 区分別分科会 「再生可能エネルギー大量導入時代を見据えたエネルギー材料・デバイス研究開発」
  • 招待講演
• [学会発表] 全固体電池の超高速充電 (2017)
  • 著者名/発表者名: 一杉太郎
  • 学会等名: 日本MRS年次大会
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] 表面/界面現象と理論の協奏: 実験家と理論家はフレンドリーコンペティター (2017)
  • 著者名/発表者名: 一杉太郎
  • 学会等名: ポスト新機能物質開発のための戦略会議
  • 招待講演
• [学会発表] 全固体電池界面での「イオンの移動」を解明するメガネ！－0.1秒で充電完了する全固体リチウム電池に向けて－ (2017)
  • 著者名/発表者名: 一杉太郎
  • 学会等名: 第7回CSJ化学フェスタ
  • 招待講演
• [学会発表] 一原子層の厚みを有するTiO2シート: 金属酸化物の薄膜成長を原子スケールで探る (2017)
  • 著者名/発表者名: 一杉太郎
  • 学会等名: 第40回結晶成長討論会
  • 招待講演
• [学会発表] 走査トンネル顕微鏡を活用した金属酸化物薄膜研究: その総括と展望 (2017)
  • 著者名/発表者名: 一杉太郎
  • 学会等名: 第37回表面科学学術講演会
  • 招待講演
• [学会発表] 全固体Li電池における固体電解質/電極界面の理想と現実: 薄膜電池研究からわかること (2017)
  • 著者名/発表者名: 一杉太郎
  • 学会等名: 第99回新電池構想部会
  • 招待講演
• [学会発表] 5V級正極Li(Ni0.5Mn1.5)O4と固体電解質Li3PO4界面におけるイオン伝導特性 (2017)
  • 著者名/発表者名: 白木将, 河底秀幸, 鈴木竜, 清水亮太, 一杉太郎
  • 学会等名: 第22回九州薄膜表面研究会
• [学会発表] パルスレーザー堆積法による層状岩塩型LiNi1/3Mn1/3Co1/3O2エピタキシャル薄膜の合成と配向制御 (2017)
  • 著者名/発表者名: 中村 直人, 西尾 和記, 清水 亮太, 杉山 一生, 一杉 太郎
  • 学会等名: 第78回応用物理学会秋季学術講演会
• [学会発表] TiH2エピタキシャル薄膜の配向制御と電子輸送特性評価 (2017)
  • 著者名/発表者名: 笹原 悠輝, 清水 亮太, 中西 利栄, 杉山 一生, 西尾 和記, 大口 裕之, 折茂 慎一, 一杉 太郎
  • 学会等名: 第78回応用物理学会秋季学術講演会
• [学会発表] 核反応分析法を用いた金属水素化物薄膜内の水素量深さ分布解析 (2017)
  • 著者名/発表者名: 清水 亮太, 笹原 悠輝, 小倉 正平, 大口 裕之, 折茂 慎一, 福谷 克之, 一杉 太郎
  • 学会等名: 第78回応用物理学会秋季学術講演会
• [学会発表] 水素イオン照射による薄膜Pdの異常抵抗減少 (2017)
  • 著者名/発表者名: 小澤孝拓, 清水亮太, 河内泰三, 小倉正平, 一杉太郎, 福谷克之
  • 学会等名: 日本物理学会2017年秋季大会
• [学会発表] LiMn2O4とLi[Ni1/2Mn2/3]O4の粉末と薄膜試料のmuSR (2017)
  • 著者名/発表者名: 杉山純, 野崎洋, 梅垣いづみ, 向和彦, 白木将, 一杉太郎, S. Cottrell, A. Suter, Z. Salman, T. Prokscha, Y. Sassa, M. Mansson
  • 学会等名: 日本物理学会2017年秋季大会
• [学会発表] 単相遷移金属水素化物薄膜のエピタキシャル成長とその評価 (2017)
  • 著者名/発表者名: 笹原 悠輝, 清水 亮太, 杉山 一生, 大口 裕之, 白木 将, 折茂 慎一, 一杉 太郎
  • 学会等名: 日本表面科学会第２回関東支部講演大会
• [学会発表] 中性子反射率測定によるLiCoO2正極/固体電解質界面のLi分布の解析 (2017)
  • 著者名/発表者名: 小林 成, 杉山 一生, 清水 亮太, 花島 隆泰, 宮田 登, 武田 全康, 一杉 太郎
  • 学会等名: 日本表面科学会第２回関東支部講演大会
• [学会発表] Nd:YAG固体レーザーの5倍波(波長213 nm)を用いたパルスレーザー堆積 (2017)
  • 著者名/発表者名: 中村 直人, 杉山 一生, 清水 亮太, 一杉 太郎
  • 学会等名: 日本表面科学会第２回関東支部講演大会
• [学会発表] Orientation control of metal hydride epitaxial thin films (2017)
  • 著者名/発表者名: Yuki Sasahara, Ryota Shimizu, Rie Nakanishi, Issei Sugiyama, Kazunori Nishio, Hiroyuki Oguchi, Shin-ichi Orimo, and Taro Hitosugi
  • 学会等名: The 8th International Symposium on Surface Science
  • 国際学会
• [学会発表] Neutron reflectometry studies of Li-ion distribution in LiCoO2 cathode/solid-electrolyte interfaces (2017)
  • 著者名/発表者名: Shigeru Kobayashi, Issei Sugiyama, Ryota Shimizu, Takayasu Hanashima, Noboru Miyata, Masayasu Takeda, and Taro Hitosugi
  • 学会等名: The 8th International Symposium on Surface Science
  • 国際学会
• [学会発表] Very-Low Solid-Electrolyte/Electrode Interface Resistance in Li(Ni0.5Mn1.5)O4-Based Thin-Film Battery (2017)
  • 著者名/発表者名: Susumu Shiraki, Hideyuki Kawasoko, Toru Suzuki, Ryota Shimizu, and Taro Hitosugi
  • 学会等名: The 5th Ito International Research Conference
  • 国際学会
• [学会発表] パルスレーザー堆積法によるLiNi1/3Mn1/3Co1/3O2エピタキシャル薄膜の配向制御 (2017)
  • 著者名/発表者名: 中村 直人, 西尾 和記, 清水 亮太, 杉山 一生, 一杉 太郎
  • 学会等名: 第27回 日本MRS年次大会
• [備考] 一杉研究室ホームページ
  • URL: http://www.apc.titech.ac.jp/~thitosugi/index.html