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2014 年度 実績報告書

超格子相変化薄膜の基礎的研究と電子デバイスへの応用

研究課題

研究課題/領域番号 26886015
研究機関独立行政法人産業技術総合研究所

研究代表者

齊藤 雄太  独立行政法人産業技術総合研究所, ナノエレクトロニクス研究部門, 研究員 (50738052)

研究期間 (年度) 2014-08-29 – 2016-03-31
キーワード相変化材料 / トポロジカル絶縁体 / 第一原理計算 / 電子デバイス
研究実績の概要

2014年度は、第一原理計算に基づく超格子相変化膜の構造及び電子状態の体系的な計算と、実際にスパッタ法による成膜等を行った。これまで超格子相変化膜はGeTeとSb2Te3の組み合わせが主流であったが、他の材料に関してはほとんど研究がなく、最適な化合物の組み合わせは不明のままであった。そこで効率的に材料探索を行うために、第一原理計算による網羅的な研究を行った。候補材料はIVTe/V2VI3と表記され、それぞれ、IV: C, Si, Ge, Sn, Pb; V: As, Sb, Bi; VI: S, Se, Teである。GeTe/Sb2Te3超格子の最も重要な特徴の一つは、電子状態がディラックセミメタル的に振舞うところである。ディラックセミメタルとは、バルク状態で一つのk点でバンドがクロスした物質である。Sb2Te3は代表的なトポロジカル絶縁体として知られている。トポロジカル絶縁体とは表面(真空との界面)でのみバンドがクロスし、バルク内部ではギャップが開いた物質であり、近年、物性物理の分野で非常に注目を集めている。本研究の対象であるGeTe/Sb2Te3超格子はこのトポロジカル絶縁体と普通の絶縁体の積層構造であるため、上記のような特徴ある電子状態を示すと考えられている。様々な元素の組み合わせでバンド計算を行った結果、選択元素によってバンド図は敏感に変化し、SiTe/Sb2Te3やGeTe/Sb2Te3といった組み合わせにおいて特徴的なディラックセミメタルを示すことがわかった。これらは実際に薄膜やデバイスを作製するための指針となるため重要な知見であると考えられる。また、2014年度は実際に上記超格子膜の作製や構造の評価、デバイス構造の検討も始めており、次年度に実際の試料の諸特性の評価を行っていく計画である。

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

第一原理計算による新規材料探索は順調に進展しており、これまで元素選択による電子状態の変化を体系的に明らかにしてきた。また実験においても、試料を作製する手法や評価方法、さらにデバイスの構造等も確立することができたため、おおむね順調に進展していると判断した。

今後の研究の推進方策

今後は、第一原理計算によるシミュレーションを引き続き行い、これまで明らかになっていない材料の組み合わせを広く検討していく。また、実際に作製した超格子膜の電気的、磁気的、光学的特性を測定し、さらにデバイス特性についても測定、評価を行う計画である。特に超格子化することによって発現する特性や物性の変化について注目して実験を行う。

  • 研究成果

    (3件)

すべて 2015 2014

すべて 雑誌論文 (1件) (うち謝辞記載あり 1件) 学会発表 (2件)

  • [雑誌論文] Electronic structure and deposition behavior of superlattice chalcogenide films2014

    • 著者名/発表者名
      Yuta Saito, Junji Tominaga, Kotaro Makino, Xiaomin Wang, Alexander V. Kolobov, Paul Fons, and Takashi Nakano
    • 雑誌名

      Proceedings of the 26th Symposium on Phase Change Oriented Science (PCOS) 2014

      巻: 26 ページ: 42~45

    • 謝辞記載あり
  • [学会発表] トポロジカル絶縁体カルコゲナイド薄膜のスパッタ法による高配向成膜2015

    • 著者名/発表者名
      齊藤雄太、富永淳二、牧野孝太郎、フォンスポール、コロボフアレクサンダー、中野隆志
    • 学会等名
      第62回応用物理学会春季学術講演会
    • 発表場所
      東海大学(神奈川県、平塚市)
    • 年月日
      2015-03-11 – 2015-03-14
  • [学会発表] Electronic structure and deposition behavior of superlattice chalcogenide films2014

    • 著者名/発表者名
      齊藤雄太、富永淳二、牧野孝太郎、王暁民、コロボフアレクサンダー、フォンスポール、中野隆志
    • 学会等名
      The 26th Symposium on Phase Change Oriented Science (PCOS) 2014
    • 発表場所
      浜名湖ロイヤルホテル(静岡県、浜松市)
    • 年月日
      2014-12-04 – 2014-12-05

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公開日: 2016-06-01  

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