東北大学 研究単純な酸化処理で層状クロム酸化物薄膜の電気抵抗が20万分の1に！
ー次世代メモリデバイス開発への新たな一歩ー
【注目の成果：共同研究・産学連携のためのチェックポイント】
 | 抵抗変化材料の開発において材料設計の指針を与えるものと期待 |
【産学連携対象 全学共通分野 Discovery Saga】
【持続可能な開発目標（SDGs）】
【Sagaキーワード】
高エネルギー/遷移金属酸化物/物質科学/加速器/化学組成/材料科学/クロム/遷移金属/メモリ/持続可能/持続可能な開発/材料設計/酸化物薄膜/電気抵抗/電子状態/センサー/金属酸化物/酸化物/結晶構造
2025年10月 1日 14:00
研究者情報
〇大学院理学研究科化学専攻 教授 福村知昭研究室ウェブサイト
発表概要
遷移金属酸化物には結晶構造や化学組成の違いによって性質が大きく変わる材料が多く存在します。なかでも、酸素の出入り（脱挿入）によって電気抵抗率が大きく変化する材料は、次世代メモリーや高感度センサーなどへの応用が期待されています。東京都立大学大学院理学研究科の岡大地准教授、大阪大学大学院基礎工学研究科のZhaochen Maさん（大学院生）、東北大学大学院理学研究科の福村知昭教授（東北大学材料科学高等研究所（WPI-AIMR）兼務）、同大学多元物質科学研究所の組頭広志教授（高エネルギー加速器研究機構（KEK）兼務）らの研究グループは、単純な酸化処理によって室温での電気抵抗率が約20万分の１に激減する新しい酸化物材料を発見しました。
今回、研究グループは、独自の手法によって２次元的な層状構造を取るクロム酸化物Sr3Cr2O7−δの高品質薄膜の合成に成功しました。この薄膜は、合成直後は電気をほとんど流さない状態でしたが、空気中で加熱すると酸素が結晶に取り込まれ、電気抵抗率が約20万分の１に減少しました。この変化の大きさは、従来の３次元的な構造を持つ同様のクロム酸化物に比べて600倍以上にのぼります(図１)。さらに電子状態を詳しく調べたところ、酸素が抜ける位置とクロムのイオン価数という２つの要素がこの材料中を流れる電子の動きに強く影響していることが分かりました。これらの影響が重なった結果、非常に大きな電気抵抗の変化が実現されたと考えられます。本研究は、今後さらに需要が高まると予想される抵抗変化材料の開発において材料設計の指針を与えるものと期待されます。
図1. 従来材料SrCrO3−δと本研究で合成したSr3Cr2O7−δの酸素挿入前後の結晶構造と抵抗変化比。
論文情報
タイトル：Oxidation-Induced Giant Resistivity Change Associated with Structural and Electronic Reconstruction in Layered Sr3Cr2O7−δ Epitaxial Thin Films著者名：Zhaochen Ma, Daichi Oka*, Shintaro Fukuda, Daisuke Shiga, Koichi Harata, Hiroshi Kumigashira, and Tomoteru Fukumura *Corresponding author
雑誌名：Chemistry of Materials
DOI:10.1021/acs.chemmater.5c00810
詳細（プレスリリース本文）
問い合わせ先
（研究に関すること）東北大学大学院理学研究科
（東北大学材料科学高等研究所（WPI-AIMR）兼務）
教授 福村 知昭
TEL：022-795-7716
Email：tomoteru.fukumura.e4*tohoku.ac.jp（*を@に置き換えてください）
（報道に関すること）
東北大学大学院理学研究科・理学部
広報・アウトリーチ支援室
TEL：022-795-6708
Email：sci-pr*mail.sci.tohoku.ac.jp（*を@に置き換えてください）
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