【研究領域課題番号】20K15169 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

超伝導 / 強相関電子系 / 電気化学 / リチウムイオン電池 / 二次元物質 / 酸化物エレクトロニクス / エピタキシャル薄膜 / 超伝導ドーム / 遷移金属酸化物 / 透明導電体 / Liイオン電池 / エピタキシャル成長

【研究成果の概要】

本研究は，二次元NbO2超伝導層の全貌を明らかにする研究である。初年度である昨年度には，その舞台となる二次元NbO2層を持つLi1－xNbO2の薄膜合成法を確立し，電子構造と二次元超伝導の観測に成功した。その結果，本研究の第一の目標である"NbO2超伝導層が理想的である"ことが証明され，本年度にPhysical Review B誌に原著論文が掲載された。
また本年度は，第二の目標である"NbO2超伝導層の全貌を解明する"ことに尽力した。その結果，以下の成果が得られた。
①[Li1－xNbO2電気化学デバイスの作製] 合成に成功したLi1－xNbO2エピタキシャル薄膜を電極としたLiイオン電気化学デバイスを作製した。そのデバイスに対して電圧を印加するとLiイオン電池の充電/放電反応が起こり，薄膜に含まれるLi量が連続的かつ可逆的に変調できることが明らかとなった。その結果，Li量xが様々かつ精密に調整されたLi1－xNbO2が同一試料で実現し，NbO2層の物性を詳細に調べられるようになった。
②[NbO2層における電子相の解明] Li1－xNbO2の物性のLi量依存性を調べると，本物質はバンド絶縁体からフェルミ液体金属を経由し，最終的に非フェルミ液体状態へと転移し超伝導ドームを生じることが明らかとなった。これは二次元NbO2三角格子にホールキャリアが導入されていくにつれて電子相関が増していき，その結果として超伝導ドームが生まれるという銅酸化物高温超伝導体の電子相図と対応する結果である。更に，近藤効果の発現など二次元NbO2三角格子に特有な現象も観測された。これらの結果は本研究の第二の目標である"NbO2超伝導層の全貌を解明できた"ことを表している。
これらの結果は原著論文としてまとまりつつあり，次年度に投稿予定である。

【研究種目】若手研究

【研究期間】2020-04-01 - 2023-03-31

【配分額】4,290千円 (直接経費: 3,300千円、間接経費: 990千円)

【研究分野】デバイス関連化学

【研究領域課題番号】15H03881 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

薄膜・表面 / 超伝導 / 光触媒 / 遷移金属酸化物 / エピタキシャル成長 / 電気化学セル / 金属－絶縁体転移 / イオン結晶 / エピタキシャル / 電気化学 / 表面・界面物性 / 超伝導材料・量子

【研究成果の概要】

遷移金属酸化物は，無毒性や化学的安定性のため，種々の電気化学セルに利用されている。本研究では，薄膜技術と電子相図を用いた解析手法とを組み合わせて，遷移金属酸化物の新しい電気化学的機能を見出すことを目的とした．主な研究成果は以下の通りである．（1）鉄系薄膜からなる光電極構造を様々に工夫した結果，水の光電気化学分解反応の効率が大幅に向上した．（2）チタン酸リチウム薄膜の完全かつ可逆的な超伝導体-絶縁体転移をリチウムイオンの電気化学ドーピングにより実現した．（3）酸化チタン薄膜における新しい超伝導相を発見した．我々の研究方法は，持続可能な社会の構築に役立つ新材料・新機能を見つける強力な方法といえる．

【研究種目】基盤研究(B)

【研究期間】2015-04-01 - 2018-03-31

【配分額】17,940千円 (直接経費: 13,800千円、間接経費: 4,140千円)

【研究分野】物性Ⅱ

【研究領域課題番号】19104008 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

酸化物トランジスタ / 超伝導 / 抵抗変化メモリ / スピン軌道相互作用 / 強相関エレクトロニクス / 遷移金属酸化物 / 表面・界面物性 / 二次元電子系 / 半導体物性

【研究成果の概要】

本研究は酸化物デバイスの学理構築、および電界誘起物性の開拓を目指した。SrTiO3トランジスタを構築し、界面二次元電子系での絶縁体-超伝導転移を実現した。二元系遷移金属酸化物の抵抗スイッチング現象について、母体酸化物の還元で生じる伝導フィラメントの可視化に成功した。電界効果とスピン軌道相互作用をキーワードとして重い5d遷移金属酸化物に着目し、イリジウム酸化物の新奇スピン軌道誘起電子相を開拓した。

【研究種目】基盤研究(S)

【研究期間】2007 - 2011

【配分額】110,240千円 (直接経費: 84,800千円、間接経費: 25,440千円)