マグネトプロトニクスを基軸とした酸化物スピントロニクス物性開発

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固体中への電気化学的なプロトン脱挿入といった固体プロトニクスを基軸とした無機固体材料の伝導性や磁化をはじめとした物性の可逆的制御に継続して取り組んでいる。パルスレーザー堆積法でエピタキシャル成長させた酸化物薄膜を対象として、エピタキシャル薄膜をチャネル、プロトン導電性を有する固体電解質であるナフィオンをゲート絶縁体とした電界効果トランジスタ構造において、プロトンを電気化学的に脱挿入し、物性制御を行った。異なる配向を有する酸素欠損型ペロブスカイト鉄酸化物薄膜を作製し、その電気化学的プロトン注入に対する振舞いを、構造・物性評価や水素量定量分析によって調べたところ、(100)配向を有する薄膜でのみプロトン注入に由来する構造および伝導特性の変化が観測された。この結果はプロトン拡散・伝導が[100]方向に沿って優先的に起こることを示すものである。また、元素置換を施して電子状態を制御すると、酸素欠損型ペロブスカイト鉄酸化物におけるプロトン拡散を飛躍的に向上させることができ、室温においても短時間でかつ高濃度の水素を注入することができることわかってきた。また、電気化学的なプロトン脱挿入伴う電気化学反応によって物性変調可能な物質探索も行っている。ペロブスカイト類縁構造を有するニッケル酸化物においては、プロトン注入に対する応答が結晶軸ごとに異なっており、異方的な電気化学反応およびそれに付随した物性変化も見出せつつある。