エネルギー関連機能性多元系物質の結晶育成機構および電気輸送特性の解明

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エネルギー枯渇問題に貢献できる物質材料の結晶育成とその輸送特性に関する研究として、透明導電性酸化物（TCO）と強電子相関系超伝導体に焦点を当て研究を進めている。TCOに関しては、昨年に引き続き空間群R-3mである(InGaO3)1(ZnO)n (IGZO1n：n=奇数)単結晶の良質化、空間群P6_3/mmcとなるIGZO12単結晶の良質化および酸素アニール処理によるキャリア数の制御条件を確立した。良質化には、ロッド回転数の増加と育成された単結晶を種結晶に用いる多段階成長が有効であることを明らかにした。空間群の違いが物性にどのような影響を与えるか調べるためにIGZO12に対して、ab面内およびc軸方向電気伝導度、ホール効果、光吸収測定を行った。その結果、(Ga,Zn)-O層内でのカチオンの構造乱雑性の少ないIGZO12で若干の電気伝導度の異方性が小さくなるという予備的なデータが得られた。電気伝導度の異方性を制御する目的で、IGZO13のGaサイトをInで置換したIn2O3(ZnO)3（＝IZO13)の単結晶育成に取り組み、その良質化条件を明らかにし、その電気特性を調べた。その結果、In置換により、as-grown結晶のキャリア数は10倍以上となることを明らかにした。また予備的データでは、GaサイトをInで置換することにより電気伝導度の異方性をコントロールできる傾向を示すことができた。強電子相関系超伝導体に関しては、昨年度MOD法によりエピタキシャル成長させる条件を確立した(Nd,Sr)NiO3（113型）に対して、CaH2を用いた低温長時間還元により(Nd,Sr)NiO2（112型）の育成に成功した。しかし、Sr量を増やした厚膜では、表面近傍では界面圧力が緩和され、ルドルスデン・ホッパー相が表面近傍に現れ、超伝導化を阻害している可能性があることを示すことができた。