遷移金属酸化物ナノ構造体における超巨大物性発現とナノデバイス展開

过渡金属氧化物纳米结构和纳米器件开发中巨大物理性质的发展

基本信息

批准号：
11J03950
负责人：
高見ヒデフミ (2013)
金额：
$ 1.22万
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：
2011
资助国家：
日本
起止时间：
2011 至 2013
项目状态：
已结题

项目摘要

私は、多彩な物性および外場に対する巨大応答を示す3d遷移金属酸化物のうち、二酸化バナジウム(VO_2)のナノ構造に関する研究を行っている。VO_2は341Kにおいて結晶構造変化を伴う急峻な金属-絶縁体転移を示す材料であり、Wドープにより相転移が室温で発現すると共に、ナノサイズの領域において金属相と絶縁相のドメインに分離することが報告された強相関電子系材料である。私はWドープVO_2薄膜の単一ナノドメインの物性を抽出・制御し、従来の薄膜デバイス特性を遥かに凌駕した室温で動作する超高性能スイッチング素子への応用を考え、実現することを目的としている。前年度までに私は、1. ナノインプリントを用いたVO_2ナノ構造作製技術の確立および2. 作製した2端子ナノデバイスにおける電気抵抗の温度依存性において最大10万%/Kの変化率を伴う単一電子相由来の階段状金属-絶縁体転移を発現させることに成功してきた。当該年度は、この巨大金属-絶縁体転移を電気的に制御することを目指し、ドメイン相界面で発現するペルチェ冷却効果を用いることで、高温で安定である金属ドメインから低温で安定である絶縁体ドメインへ電気的に不揮発で制御できることを世界で初めて明らかにした。従来、VO_2の2端子素子における電気制御は、絶縁体から金属相への一方向しか達成されておらず、不揮発メモリ動作に必須である書き込みと消去の両方を達成した報告例は無かった。私は、VO_2を微細加工してドメイン配列を一次元化させることができれば、ドメイン界面に電流が流れ、熱電効果のひとつであるペルチェ冷却効果が使えることに着目し、この問題点を克服した。このことにより、Si材料の微細加工による性能向上限界を迎えつつある半導体業界に対し、新しい機能性材料創出というイノベーションを起こすことができ、科学技術の進歩による豊かで安心・安全な社会の発展に大きく貢献できる。

我正在研究二氧化钒 (VO_2) 的纳米结构，这是一种 3D 过渡金属氧化物，表现出多种物理特性和对外部场的巨大响应。 VO_2是一种在341K时表现出急剧的金属-绝缘体转变并伴随晶体结构变化的材料，当掺杂W时，在室温下发生相变，并在高温下分离成金属相和绝缘相的域。纳米尺寸的区域是已报道的强相关电子材料。我的目的是提取和控制W掺杂VO_2薄膜中单个纳米域的物理特性，并考虑并实现其应用于在室温下工作且远超常规薄膜特性的超高性能开关元件。电影设备有。到去年，我已经完成了 1. 利用纳米压印技术建立 VO_2 纳米结构制造技术，以及 2. 在所制造的两端纳米器件中电阻温度依赖性变化率高达 100,000%/K 的单一纳米结构我们成功地表达了源自电子相的阶梯式金属-绝缘体转变。在本财年，我们的目标是通过电控制这种巨大的金属-绝缘体转变，并利用域相界面上发生的珀耳帖冷却效应，将在高温下稳定的金属域转变为绝缘体，世界上首次揭示了可以以非易失性方式对域进行电控制。传统上，两端VO_2器件的电控制仅在从绝缘体到金属相的一个方向上实现，并且还没有实现对非易失性存储器操作至关重要的写入和擦除的报道。我克服了这个问题，指出如果可以对 VO_2 进行微加工以使域排列成为一维，则电流将在域界面处流动，并且可以使用珀尔帖冷却效应（热电效应之一）。这将促进半导体行业新型功能材料的创新，通过硅材料的微加工达到性能改进的极限，并将通过科学和技术的进步为繁荣、安全和有保障的社会的发展做出贡献。我可以做出很大的贡献。