Discovery Sagaサイレントキーワード俯瞰

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

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。

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

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。

スピン・電荷・光-結合系 / 強相関電子系 / 酸化物エレクトロニクス / 光誘起相転移 / 非線形光学効果 / 量子位相 / 量子スピンホール効果 / 時間分解磁気光学分光 / 遷移金属酸化物 / 電荷秩序 / 磁場誘起強誘電分極フロップ / 異常ホール効果

固体において電子間の相関によって発現する磁性と光学応答の結合などによる特異機能の探索とその応用について、メンバーの連携の下で以下のような研究を進めた。
(宮野)光誘起相転移などの特異物性の応用を念頭に、薄膜試料作製技術の開拓を進め、薄膜中で構造相転移を許容できる事を実証し、永続的光誘起絶縁体・金属転移や新しいタイプの超巨大磁気抵抗効果を見いだした。(十倉)スピンの幾何学配置が誘電応答に与える効果に着目し、物質開拓を進め、特異な分極やスピンの構造によって生じる光学的電気磁気効果や巨大非線形カー回転効果を発見した。サイクロイド型磁気構造を持つ物質で、ジャロシンスキー守谷相互作用の逆効果を通じて分極が生じた磁性誘起強誘電性を発見した。これらの効果がトロイダルモーメントやスピンカイラリティーといった概念によって特徴づけられることを示した。(鹿野田)分子性結晶を用いて、三角格子量子スピン液体のモット転移近傍で発現する特異なスピン-電荷結合相と超伝導の特異性を明らかにすると共に、電荷-格子強結合現象である中性-イオン性転移の量子臨界揺らぎの観測に成功した。(永長)スピン流の物理を現象に即して理論的に開拓し、熱の発生を本質的には伴わないスピン流が波動現象特有の幾何学的ベリー位相により駆動されることを発見した。スピンと電場、光の結合をターゲットとしてスピンホール効果を絶縁体への拡張、光のホール効果の予言、マルチフェロイック物質の基本的機構を記述する理論を確立した。(五神)多体の電子相関に起因する光機能の開拓を行った。磁性半導体において、磁気カー効果と中赤外過渡分光を組み合わせ、強磁性が磁気ポーラロンを媒介として発現していることを見いだした。テラヘルツ領域の高感度エリプソメトリー法による、非接触ホール効果測定法の開拓、強磁性半導体から磁化に起因する高効率テラヘルツ放射を観測した。

【研究連携者】
清水亮太	東京工業大学	物質理工学院	助教	(Kakenデータベース)
岡田佳憲	沖縄科学技術大学院大学	准教授	(Kakenデータベース)
白木將	日本工業大学	教授	(Kakenデータベース)

【研究分担者】
宮野健次郎	東京大学	先端科学技術研究センター	教授	(Kakenデータベース)
永長直人	東京大学	大学院・工学系研究科	教授	(Kakenデータベース)
十倉好紀	東京大学	大学院・工学系研究科	教授	(Kakenデータベース)
鹿野田一司	東京大学	大学院・工学系研究科	教授	(Kakenデータベース)