酸化物薄膜における金属・絶縁体転移のサイズ効果

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VO2は金属・絶縁体転移を引き起こす典型的な材料である。低温では高抵抗状態、温度をあげていくと室温よりやや高い320℃付近で低抵抗状態に転移する。これに対してChen氏は水素をドーピングすることによって電気伝導度を大きく変えることによって転移温度を意のままに変えようという試みを提案してきた。実験的には、VO2固有の性質を引き出し、できるだけ転移が急峻な薄膜で研究をすすめるべく製膜にはPLD法を採用した。また単結晶薄膜を形成するために，単結晶TiO2基板上にVO2をエピタキシャルに成膜した。その後にVO2膜面上にPtドット（直径50ミクロン）をアレー状に形成した。単結晶性はXRDで確認し、またVO2中のVの価数はXPSによって決定した。Pt堆積後にHe希釈されたH2ガス中，300℃で熱処理をすることによって水素を膜中に導入した。中の水素は赤外吸収でチェックした。今回の結果は現在論文にまとめるべく整理を進めているところであるが、水素中における熱処理時間にほぼ比例して室温における電気伝導度が大幅に向上していることがわかった。また水素導入したVO2の抵抗の温度依存性を評価すると、およそ130K以下になるとなだらかに抵抗が上昇する結果が得られた。これは他の報告からするとV2O3の結果に近い。水素の役割に関して従来いくつかの案が提案されていたが、今回の結果は水素がまさにキャリアのドーピングとして働いていることを示しており、VO2の転移温度を制御する手法の一つであり、またVO2の転移機構を決定する上で大きな事実と考えられる。