【研究領域課題番号】18H03686 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

強誘電金属 / 超伝導 / SrTiO3 / ニューロモルフィック / レザバー / 強誘電体 / 強誘電量子臨界点 / リーク付き積分 / ニューラルネットワーク / 電界効果トランジスタ / 量子臨界点 / アトラクタ / チタン酸ストロンチウム / 近藤効果 / 人工ニューロン / 人工シナプス / 強誘電 / 金属絶縁体転移 / VO2

【研究成果の概要】

SrTiO3のSrをCaやBaで置換して強誘電体にした試料にTi/Nb置換でキャリアドープすると、SrTiO3関連の系では誰も観測したことのない0.75Kという高いTcを得ることができることを昨年度に発見しましたが、今年度はこの背景を探究し論文にまとめて投稿しました。キャリア濃度が小さくて誘電分極の遮蔽を十分に行えないと「強誘電体(空間反転対称性の破れた状態)の金属」になる可能性がありますが、X線による低温での精密な構造解析の実験をPFで行い、金属相でも確かに空間反転対称性が破れていることを明らかにしました。この系では電気抵抗が低温で上昇に転じるのですが、この異常が現れる温度(TK)をキャリア濃度に対してプロットすると、キャリア濃度をゼロにした極限で、TKが強誘電転移のキュリー温度に一致することがわかりました。TK以下の温度領域で反転対称性の破れた金属が出現するのだと仮定すると、TK=0となるキャリア濃度は広義の``量子臨界点''だと考えられます。我々はこの``量子臨界点''近傍で超伝導転移温度が最も増強されると考えていましたが、実はこの点の近傍での増強は小さく、むしろキャリア濃度が小さくなるほど増強が大きくなるという予想外のこともわかりました。このような興味深い物性を示すSrTiO3を用いた電界効果トランジスタ(FET)は、コンデンサなしでミリ秒以上の時定数を持つリーク付き積分動作をすることが昨年度までの研究でわかったので、今年度はこのSrTiO3 FET素子の動作を模倣する半導体集積回路をASICによって作製しました。大きな時定数を半導体回路で実現するというのは非常に困難でしたが、pseudo-resistorというアイデアを導入して克服できました。一方で、大きな電子回路をたったひとつの素子で実現できるというSrTiO3 FETのメリットを強調することにも繋がりました。

【研究種目】基盤研究(A)

【研究期間】2018-04-01 - 2023-03-31

【配分額】43,810千円 (直接経費: 33,700千円、間接経費: 10,110千円)

【研究分野】物性Ⅱ

【研究領域課題番号】15H02113 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

チタン酸ストロンチウム / 電界効果トランジスタ / ホール効果 / 近藤効果 / 強誘電 / 超伝導 / 人工ニューロン / 人工シナプス / 強相関エレクトロニクス / モットFET / ニューロモルフィック / 酸素欠損 / 酸素同位体置換 / 超伝導材料・素子 / 酸素同位体 / 強相関系 / モットロニクス / 負の静電容量 / パリレン / サブスレショルドスイング / 易動度 / 負性抵抗

【研究成果の概要】

HfO2(20nm)/パリレン(6nm)の積層膜をゲートに用いてモットトランジスタの作製に成功したが、スイッチング速度が異常に遅かった。しかし「遅い素子」は脳型回路研究で重要であることを知り、SrTiO3 (STO)のFETで人工ニューロンとシナプスの作製を試みたところ、脳型回路研究に新分野を切り開く新概念素子が作製できた。低温でSTOの誘電率は急増するが強誘電転移は起きない。STO FETには低温で２種類のキャリアが現れ、ホール効果の異常と近藤効果が同時出現する。酸素同位体置換でSTOは強誘電体になるが、金属状態だと転移せず超伝導転移温度が上昇する。強誘電と物性の関係をさらに研究中である。

【研究種目】基盤研究(A)

【研究期間】2015-04-01 - 2018-03-31

【配分額】35,230千円 (直接経費: 27,100千円、間接経費: 8,130千円)

【研究分野】物性Ⅰ

【研究領域課題番号】26220711 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

メゾスコピック系 / スピントロニクス / 非平衡 / ゆらぎ / 近藤効果 / 超伝導 / スピン流 / 熱流 / アンドレーエフ散乱 / スピン依存伝導 / 量子液体 / 位相 / ナノエンジン / 国際研究者交流　フランス

【研究成果の概要】

微細加工技術を駆使して作製される微小な固体素子は、非平衡状態を定量的に観測・制御することのできる理想的な舞台の一つである。本研究では、精密な伝導度・ゆらぎ測定と種々の理論的アプローチを組み合わせることによって、固体中を電荷とスピンが輸送される微視的な過程を研究した。近藤効果・スピン流・熱流・ゆらぎの定理・端状態・超伝導接合などに対して本質的な新展開をもたらす多彩な成果を上げた。特に、非平衡状態における近藤効果の研究によって、強相関量子液体の非平衡挙動を定量的に解明した。

【研究の社会的意義】

本研究では、固体中における電荷とスピンの様々な振る舞いを実験的・理論的に解明した。中でも近藤状態の最新の理論を定量的に検証した成果は、これまでの非平衡量子多体系の実験的研究の中で、最も定量性の高い精密なものであり、普遍的な学術的意義を持つ。「非平衡」は現代物理学における最大の難問の1つである。近藤効果は代表的な量子多体効果であり、平衡状態における理解が確立している点で、非平衡を研究する格好の舞台である。その振る舞いを定量的に理解できたことは、今後の非平衡研究の重要な基盤となる。

【研究種目】基盤研究(S)

【研究期間】2014-05-30 - 2019-03-31

【配分額】194,480千円 (直接経費: 149,600千円、間接経費: 44,880千円)

【研究分野】物性Ⅰ

【研究領域課題番号】23540375 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

近藤効果 / 強相関電子系 / 量子ドット / 非平衡電流 / ショットノイズ / 超伝導 / アンドレーエフ散乱 / 数値くりこみ群 / 物性理論 / Green関数 / 電流ノイズ / 国際情報交換 / アメリカ合衆国 / 国際情報交流 / イギリス

【研究成果の概要】

量子輸送現象における電子相関の効果を解析的な方法，および計算機を用いた数値的方法の両方を駆使し詳細に調べた．従来とは異なるスケーリング法により軌道縮退の大きな極限からRPAを系統的に超える摂動展開方法の確立、および相互作用する不純物Anderson模型の非平衡Green関数の高バイアス極限における厳密解の発見など，解析的な方向から重要な成果が得られた．さらに，Hund結合がある場合における非平衡電流のショットノイズに対する微視的局所Fermi流体論による定式化，および超伝導接合系における近藤効果とAndreev散乱等の競合による低エネルギ―状態のクロスオーバーに関する数値研究に発展があった．

【研究種目】基盤研究(C)

【研究期間】2011 - 2013

【配分額】3,250千円 (直接経費: 2,500千円、間接経費: 750千円)

【研究分野】電子デバイス・電子機器

【研究領域課題番号】19560338 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

電子デバイス・集積回路 / 量子ドット / 単一電子トランジスタ / 超伝導 / 強磁性 / テラヘルツ電磁波 / 自己組織化 / インジウム砒素 / フォノン / 近藤効果

【研究成果の概要】

自己形成InAs(インジウム砒素)量子ドットは、先端光学デバイスや量子情報処理への応用が期待されている。本研究では、極微ギャップを有する金属電極により単一の量子ドットにアクセスし、その電子状態の制御と読み出しを電気的に行う技術の開拓と新規物性の解明に従事した。その結果、電子を1個の単位で制御可能な単一電子トランジスタを形成することに成功した。更に、この素子においては、電子スピン相互作用やクーロン相互作用、電極材料の物性(超伝導や強磁性)などを巧みに用いることで、新たな機能を付加することができることを明らかにした。

【研究種目】基盤研究(C)

【研究期間】2007 - 2009

【配分額】4,550千円 (直接経費: 3,500千円、間接経費: 1,050千円)