遷移金属酸化物/2次元層状物質ファンデルワールス構造・機能インテグレーション

过渡金属氧化物/二维层状材料范德华结构/功能集成

• 批准号: 20J21010
• 负责人: 玄地 真悟
• 金额: $ 2.18万
• 依托单位: Osaka University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2020
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2020-04-24 至 2023-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-20J21010/
• 关键词: 遷移金属酸化物; 二酸化バナジウム; 金属-絶縁体相転移; 六方晶窒化ホウ素; スイッチング素子; ジュール加熱素子; 強相関電子系; 2次元層状物質; マグネタイト

3d軌道に電子を持つ一種の遷移金属酸化物材料の二酸化バナジウム（VO2）は、室温近傍で巨大抵抗変化を伴う金属-絶縁体相転移を示す。相転移を活用した素子応用研究がVO2の薄膜物性と共に注目されており、例えば電圧印加によりジュール熱を発生させて相転移が誘起できれば、電子スイッチングが実現可能となる。VO2薄膜の中でも、新奇な2次元層状六方晶窒化ホウ素（hBN）上のVO2薄膜は3桁の明瞭な抵抗変化を伴う相転移特性を示す。加えて、VO2薄膜の相転移では、絶縁体領域中に金属ドメインと呼ばれる空間領域が不均一に出現し、金属ドメインサイズは相転移特性を決定する重要なパラメータとなる。VO2/hBN薄膜では金属ドメインサイズがサブミクロスケールで、金属ドメインの出現が光学顕微鏡により観察可能である。これらの背景から、VO2/hBN薄膜は相転移ダイナミクスを伴う電子スイッチング素子応用の対象材料として適すると考えた。本研究では、VO2/hBN薄膜に電極間距離が約2 μmの2端子電極を取り付け、電気伝導特性を評価した。結果、温度変化時に金属ドメイン生成および閉じ込めに伴う階段状抵抗変化が観測された。また、室温での電流-電圧特性では、温度変化時と同様に金属ドメインの生成および閉じ込めを反映した階段状電流上昇が観測された。金属ドメイン生成は同時測定のオペランド観察からも確認され、VO2/hBN薄膜の金属ドメインを活用した素子応用（ドメインエンジニアリング）に向けた知見が得られた。

二氧化钒（VO2）是一种电子在3d轨道上的过渡金属氧化物材料，在室温附近表现出金属-绝缘体相变并伴随着巨大的电阻变化。利用相变的器件应用研究与VO2薄膜的物理特性一起受到关注，例如，如果可以通过施加电压产生焦耳热来引发相变，则电子开关将成为可能。在VO2薄膜中，二维层状六方氮化硼（hBN）上的新型VO2薄膜表现出相变特性，电阻变化明显达三个数量级。此外，VO2薄膜在相变过程中，绝缘体区域中不均匀地出现称为金属畴的空间区域，金属畴尺寸是决定相变特性的重要参数。在VO2/hBN薄膜中，金属畴尺寸是亚显微的，可以使用光学显微镜观察金属畴的出现。基于这些背景，我们认为VO2/hBN薄膜适合作为具有相变动力学的电子开关器件应用的靶材料。在本研究中，将电极间距离约为2μm的两端电极附着在VO2/hBN薄膜上，并评估其导电性能。结果，当温度变化时，观察到由于金属域的形成和限制而导致的阶梯状电阻变化。此外，在室温下的电流-电压特性中，观察到阶梯状电流增加，这反映了金属域的形成和限制，类似于温度变化时。通过同时测量过程中的操作观察，也确认了金属畴的形成，并获得了利用 VO2/hBN 薄膜中金属畴的器件应用（畴工程）的知识。

项目成果

Step-like resistance changes in VO2 thin films grown on hexagonal boron nitride with in situ optically observable metallic domains

在具有<i>原位</i>光学可观察金属域的六方氮化硼上生长的 VO₂ 薄膜中的阶梯状电阻变化

• DOI: 10.1063/5.0072746
• 发表时间: 2022
• 影响因子: 4
• 作者: Genchi Shingo;Yamamoto Mahito;Iwasaki Takuya;Nakaharai Shu;Watanabe Kenji;Taniguchi Takashi;Wakayama Yutaka;Tanaka Hidekazu
• 通讯作者: Tanaka Hidekazu

転写可能hBN剥片上でのFe3O4薄膜成長の実現

在可转移六方氮化硼薄片上实现 Fe3O4 薄膜生长

• 发表时间: 2021
• 作者: 玄地真悟;大坂藍;服部梓;渡邊賢司;谷口尚;田中秀和
• 通讯作者: 田中秀和

転写可能hBN剥片上でのFe3O4薄膜成長の実現

在可转移六方氮化硼薄片上实现 Fe3O4 薄膜生长

• 发表时间: 2021
• 作者: 玄地真悟;大坂藍;服部梓;渡邊賢司;谷口尚;田中秀和
• 通讯作者: 田中秀和

Prominent Verway Transition of Fe3O4 Thin Films Grown on Transferable Hexagonal Boron Nitride

可转移六方氮化硼上生长的 Fe₃O₄ 薄膜的显着 Verway 转变

• DOI: 10.1021/acsaelm.1c00803
• 发表时间: 2021
• 影响因子: 4.7
• 作者: Genchi Shingo;Osaka I. Ai;Hattori N. Azusa;Watanabe Kenji;Taniguchi Takashi;Tanaka Hidekazu
• 通讯作者: Tanaka Hidekazu

Characterization of the phase transition property of VO2 grown on hBN

hBN 上生长的 VO2 相变特性表征

• 发表时间: 2020
• 作者: Shingo Genchi; Mahito Yamamoto; Kenji Watanabe; Takashi Taniguchi; Hidekazu Tanaka
• 通讯作者: Hidekazu Tanaka