電界効果トランジスタ(FET)構造を用いた遷移金属酸化物の静電キャリア濃度制御

使用场效应晶体管 (FET) 结构控制过渡金属氧化物中的静电载流子浓度

基本信息

批准号：
06J11139
负责人：
中村浩之
金额：
$ 1.22万
依托单位：
The University of Tokyo
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2006
资助国家：
日本
起止时间：
2006 至 2007
项目状态：
已结题

项目摘要

前年度までの研究で、ペロブスカイト型酸化物であるSrTiO_3の表面に作成したトランジスタ構造を利用して、1)酸化物表面に二次元電子ガスを電界誘起すること、2)ゲート電界を用いたキャリア濃度制御によるSrTiO3の金属絶縁体転移、の2点を実現した。今年度はSrTiO3表面に誘起された二次元電子ガスの基底状態を調べることを最大の目標とした。特に、電子ガスが最低温で超伝導性を示すかどうかがポイントであった。今年度は上記の目的のために、15mK程度の低温までトランジスタの輸送特性を測定可能なシステムを理化学研究所との共同研究により構築した。これにより、1)150mK以下において高ゲート電圧印加によるゼロ抵抗の観測、2)磁場によるゼロ抵抗の消失の2点を確認した。これらは、SrTiO_3表面に電界誘起されたキャリアの超伝導を強く示唆する結果である。さらに、今回観測されたゼロ抵抗は、有限の抵抗との間をゲート電界によって可逆的にコントロールすることが可能であることが分かった。従来、酸化物のキャリア濃度制御は元素置換に頼っていたため、系のキャリァ濃度をこのように連続的に変化させることは困難であった。したがって、今回得られた知見は酸化物の電子物性、特に電子密度を変数とした相転移現象を研究する上で大きな進歩であると考える。

在去年的研究中，我们使用了在钙钛矿型氧化物 SrTiO_3 表面创建的晶体管结构，1）通过电场在氧化物表面诱导二维电子气，2）使用我们实现了两点：通过浓度控制实现SrTiO3的金属-绝缘体转变。今年的主要目标是研究在 SrTiO3 表面感应的二维电子气的基态。其中，关键在于电子气在最低温度下是否表现出超导性。今年，出于上述目的，我们与 RIKEN 共同研究，构建了一个可以测量低至 15 mK 温度的晶体管传输特性的系统。结果，我们确认了两点：1) 由于施加低于 150mK 的高栅极电压而观察到零电阻，以及 2) 由于磁场而导致零电阻消失。这些结果强烈表明 SrTiO_3 表面上电场感应载流子的超导性。此外，发现这次观察到的零电阻可以在有限电阻和栅极电场之间可逆地控制。以往，氧化物中的载流子浓度控制依赖于元素置换，难以以这种方式连续改变体系内的载流子浓度。因此，我们认为，此次获得的发现是氧化物电子性质研究的重大进展，特别是以电子密度为变量的相变现象。