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。

The 3d orbital electron transfer of a kind of metal oxide material shows great resistance to transformation near room temperature, accompanied by metal-insulator phase shift The phase shift is used to study the physical properties of VO2 thin films. For example, the phase shift is induced by the voltage and the electron. The phase shift characteristics of VO2 thin films on hexagonal crystals (hBN) are demonstrated. In addition, the phase shift of VO2 thin films is important for determining the non-uniform appearance of metal particles in the space domain. VO2/hBN thin film is a metal film, which can be observed by optical microscope. The VO2/hBN thin films are phase shifted, and the corresponding materials for electron transport are studied. In this study, VO2/hBN thin films with 2-terminal electrode spacing of about 2 μm were evaluated for their electrical conduction characteristics. As a result, the temperature of the metal is changed, and the temperature of the metal changes. The current-voltage characteristics at room temperature are measured in the same way as the temperature changes, and the generation and closure of metal particles are reflected in the stepwise current rise. The metal oxide film is produced simultaneously, and the metal oxide film of VO2/hBN film is detected.

项目成果

Step-like resistance changes in VO₂ thin films grown on hexagonal boron nitride with <i>in situ</i> 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
• 期刊: Applied Physics Letters
• 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

Step electrical switching in VO₂ on hexagonal boron nitride using confined individual metallic domains

使用受限的单独金属域在六方氮化硼上的 VO₂ 中进行阶跃电切换

• DOI: 10.35848/1347-4065/acb65b
• 发表时间: 2023
• 期刊: Japanese Journal of Applied Physics
• 影响因子: 1.5
• 作者: Genchi Shingo;Nakaharai Shu;Iwasaki Takuya;Watanabe Kenji;Taniguchi Takashi;Wakayama Yutaka;Hattori Azusa N.;Tanaka Hidekazu
• 通讯作者: Tanaka Hidekazu

Growth of Fe3O4 thin films on hBN showing prominent Verway transition

Fe3O4 薄膜在 hBN 上的生长表现出显着的 Verway 转变

• 发表时间: 2021
• 作者: Shingo Genchi;Ai I. Osaka;Azusa N. Hattori;Kenji Watanabe;Takashi Taniguchi;Hidekazu Tanaka
• 通讯作者: Hidekazu Tanaka

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