【研究分野】薄膜・表面界面物性

【研究領域課題番号】26246022 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

酸化物表面 / 界面 / 走査プローブ顕微鏡 / 走査トンネル顕微鏡 / ペロブスカイト / 二次元電子状態 / 超伝導 / 金属酸化物 / 表面 / 酸化物エレクトロニクス / 薄膜 / 酸化物薄膜 / 表面科学 / 表面・界面物性 / 強相関エレクトロニクス / 強相関電子系 / 超薄膜 / 電気伝導 / 二次元電子 / 酸化物 / 表面・界面

【研究成果の概要】

遷移金属酸化物は、通常の半導体には見られない多彩な機能を示すことから、次世代エレクトロニクス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、遷移金属酸化物薄膜表面・界面の原子構造と電子状態に関する研究を進めた。

【研究種目】基盤研究(A)

【研究期間】2014-04-01 - 2018-03-31

【配分額】36,530千円 (直接経費: 28,100千円、間接経費: 8,430千円)

【研究分野】物性Ⅱ

【研究領域課題番号】26610092 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

透明導電体 / 透明超伝導 / 薄膜 / 酸化物 / 超伝導 / 透明超伝導体 / 走査トンネル顕微鏡 / 光学特性 / 光学

【研究成果の概要】

超伝導体は金属光沢か黒色を呈する、というのが常識である。BCS理論に従うと、高い超伝導転移温度を有する物質はキャリア濃度が大きいため、可視光透明性が失われるはずである。しかし、我々は超伝導転移温度13.3 Kを示す、スピネル型LiTi2O4透明超伝導薄膜(可視光を透過する超伝導体)の合成に成功した。この物性を活用することにより、光エレクトロニクスと超伝導を組み合わせた新奇デバイスの構築が期待される。そこで本研究では、透明超伝導メカニズムの解明に取り組んだ。光学特性、電子状態評価、電子輸送特性評価を行い、高いキャリア濃度を有するにもかかわらず可視光透明性を示す理由を検討した。

【研究種目】挑戦的萌芽研究

【研究期間】2014-04-01 - 2016-03-31

【配分額】3,380千円 (直接経費: 2,600千円、間接経費: 780千円)

【研究分野】薄膜・表面界面物性

【研究領域課題番号】18360018 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

表面 / 薄膜 / ナノ / 磁気伝導 / 磁気抵抗 / 電気伝導 / プローブ / STM / マイクロプローブ

【研究成果の概要】

本研究では独立駆動型のマルチプローブによる表面磁気抵抗測定装置を世界に先駆けて開発した。本システムを用いれば (i)超高真空(10-^11~10^-10Torr)、(ii)強磁場(7T)、(iii)低温(<10K)の実験条件下での磁気抵抗測定が可能であり、また設置されたツイン・プローブステージでは測定対象に応じて、STM 探針、マイクロ4端子プローブ、マルチ配置用マクロプローブを超高真空下で交換できるようになっている。
固体表面上のナノ金属薄膜の表面磁気抵抗測定に成功し、ナノスケールから原子レベルでの磁気輸送研究への新しい実験方法が確立した。

【研究種目】基盤研究(B)

【研究期間】2006 - 2008

【配分額】16,600千円 (直接経費: 15,700千円、間接経費: 900千円)

【研究分野】固体物性Ⅱ(磁性・金属・低温)

【研究領域課題番号】09640420 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

ジョセフリン効果 / 薄膜 / 超流動 / ヘリウム4 / ジョセフソン効果 / 走査トンネル顕微鏡 / 2次元 / 位相 / 量子液体

【研究成果の概要】

本研究は、超流動ヘリウム4薄膜において新しいタイプのジョセフソン接合を作製することを目指して行われた。超流動ヘリウム4のジョセフソン接合としてどのような実験系が考えられるか、さらにそれらの系でのジョセフソン効果の観測によりどのような興味深い物理が期待されるか、について、理論的考察を行った。液体ヘリウムが電荷を持たないことから、超伝導のジョセフソン効果とは異なる種々の現象が観測されうることを予想した。
ヘリウム薄膜でのジョセフソン効果の観測のためブレークジャンクションの製作を行い、電子のトンネル伝導の測定を試みた。数種類のジャンクションを製作し伝導測定を試みたが、トンネル伝導を観測するに至らなかった。この原因として、破断面の距離が機械的、電気的ノイズの影響を受け一定にならないこと等が考えられる。これらの問題点を解決するため現在、新たに低温STM装置の製作を行っており、これを用いて同様の実験を進めつつある。
また、新たに多孔性物質をバルクな液体ヘリウム4のジョセフソン接合として用いるという実験を提案し、接合の作製を進めている。ナノメートルサイズの細孔を持ち、かつ同程度の薄さに微細加工が可能な多孔質としてポーラスシリコンを選び、作製および細孔径等のキャラクタリゼーションを進めている。

【研究種目】基盤研究(C)

【研究期間】1997 - 1998

【配分額】3,100千円 (直接経費: 3,100千円)

【研究分野】化学工学

【研究領域課題番号】01470115 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

固体電解質 / 燃料電池 / YSZ / スパッタリング / 走査型トンネル顕微鏡(STM) / 薄膜 / 電極 / 三相帯 / アニ-ル / 電極反応抵抗

【研究成果の概要】

新しい代替エネルギ-として注目されている固体電解質燃料電池の作製には種々の方法が検討されているが、大出力を達成するために電解質の厚さをできるだけ薄くする必要があり、スパッタリング法の利用が有望視された。我々は同方法を用いて厚さ10μm程度のイットリア安定化ジルコニア(YSZ)の電解質膜からなる燃料電池を作製し、その起電力特性について検討を行った。
電池の特性は電極反応に大きく依存しており、電極表面の構造とそこでの化学種の移動過程および反応過程が重要である。これらを検討するために、等価回路モデルを用いた電極インピ-ダンス解析の方法と走査型トンネル顕微鏡(STM)を用いた表面観察の方法を採用した。
スパッタリング法により形成された電極/電解質界面には、反応に関与する三相帯が比較的広く分布しており、これにより電極反応抵抗を大いに減少させることが可能となった。この点は焼成法では得られない特長であり、焼成による再結晶化が三相帯を減少させ、電極特性を劣化させる要因になっていることを明らかにしたしたことになる。さらに、電極を多孔質体により固体化することにより、高温下でより安定した電極特性が得られることがわかり、三相帯の変化を抑えることが電池性能を向上させることに結びつくものと判断された。電池の起電力を理論起電力に近づけるためには、ピンホ-ルの無い緻密な電解質膜を形成する必要があり、膜を保持するための基板の表面粗さや孔径、また電解質膜厚が表面構造に及ぼす影響を明らかにすることができた。
以上の結果は、高性能固体電解質燃料電池の作製法を向上させることに大いに貢献するものと考えられる。

【研究種目】一般研究(B)

【研究期間】1989 - 1990

【配分額】7,500千円 (直接経費: 7,500千円)