利用報告書 / User's Report

【公開日：2024.07.25】【最終更新日：2024.04.02】

課題データ / Project Data

課題番号 / Project Issue Number

23HK0004

利用課題名 / Title

強相関電子系物質のナノスケール薄膜を用いた電流駆動型非平衡相転移の研究

利用した実施機関 / Support Institute

北海道大学

機関外・機関内の利用 / External or Internal Use

内部利用（ARIM事業参画者以外）/Internal Use (by non ARIM members)

技術領域 / Technology Area

【横断技術領域 / Cross-Technology Area】（主 / Main）計測・分析/Advanced Characterization（副 / Sub）加工・デバイスプロセス/Nanofabrication

【重要技術領域 / Important Technology Area】（主 / Main）高度なデバイス機能の発現を可能とするマテリアル/Materials allowing high-level device functions to be performed（副 / Sub）量子・電子制御により革新的な機能を発現するマテリアル/Materials using quantum and electronic control to perform innovative functions

キーワード / Keywords

スピントロニクスデバイス/ Spintronics device,電子顕微鏡/ Electronic microscope,表面・界面・粒界制御/ Surface/interface/grain boundary control,蒸着・成膜/ Vapor deposition/film formation


利用者と利用形態 / User and Support Type

利用者名（課題申請者）/ User Name (Project Applicant)

福地 厚

所属名 / Affiliation

北海道大学　大学院情報科学研究院

共同利用者氏名 / Names of Collaborators in Other Institutes Than Hub and Spoke Institutes
ARIM実施機関支援担当者 / Names of Collaborators in The Hub and Spoke Institutes

大多 亮,柴山環樹,中村圭佑,松尾保孝,細井浩貴,アグス スバギョ,纐纈 ゆかり,末岡和久

利用形態 / Support Type

（主 / Main）機器利用/Equipment Utilization（副 / Sub）,技術代行/Technology Substitution


利用した主な設備 / Equipment Used in This Project

HK-101：ダブル球面収差補正走査透過型電子顕微鏡
HK-615：パルスレーザー堆積装置
HK-702：両面マスクアライナ


報告書データ / Report

概要（目的・用途・実施内容）/ Abstract (Aim, Use Applications and Contents)

強相関電子系物質が示す電流誘起型の非平衡量子相転移現象の物性理解と情報デバイス応用に向けて、非平衡相転移の有力候補物質であるCa2RuO4のエピタキシャル薄膜成長と結晶構造解析を実施した。

実験 / Experimental

北海道大学電子科学研究所クリーンルーム内の半導体薄膜堆積装置(PLD)を用いてCa2RuO4の製膜実験を実施し、その後、作製したCa2RuO4薄膜に対するデバイス加工と結晶構造解析を北海道大学工学部内の両面マスクアライナと高分解能3次元構造評価装置を用いて行った。

結果と考察 / Results and Discussion

本研究において適用した、非真空固相エピタキシャル成長法に依るCa2RuO4薄膜のエピタキシャル膜成長では、薄膜の成長中において膜内には金属陽イオンの顕著な侵入型拡散が発生する事が、高分解能透過型電子顕微鏡法に依る構造解析実験の結果から明らかとなった。またこの陽イオン拡散はCa2RuO4膜内のRu欠損補償に対し有効に寄与する事が示されており、Ru拡散後の低Ru欠損量Ca2RuO4薄膜では、その電流誘起相転移現象の観測温度域が従来試料と比べて大幅に上昇する事が明らかとなった。

図・表・数式 / Figures, Tables and Equations
その他・特記事項（参考文献・謝辞等） / Remarks(References and Acknowledgements)


成果発表・成果利用 / Publication and Patents

論文・プロシーディング（DOIのあるもの） / DOI (Publication and Proceedings)
  1. Keiji Tsubaki, Significant effects of epitaxial strain on the nonlinear transport properties in Ca2RuO4 thin films with the current-driven transition, Japanese Journal of Applied Physics, 63, 01SP03(2023).
    DOI: 10.35848/1347-4065/acf2a3
  2. Keiji Tsubaki, Dynamics of an Electrically Driven Phase Transition in Ca2RuO4 Thin Films: Nonequilibrium High‐Speed Resistive Switching in the Absence of an Abrupt Thermal Transition, Advanced Electronic Materials, 9, (2023).
    DOI: 10.1002/aelm.202201303
口頭発表、ポスター発表および、その他の論文 / Oral Presentations etc.
  1. Atsushi Tsurumaki-Fukuchi, Takayoshi Katase, and Toshio Kamiya, "Thickness-dependent intergrowth of Ruddlesden–Popper impurity structures in solid-phase epitaxial growth of Ca2RuO4 thin films", Journal of the Ceramic Society of Japan, in press.
  2. 福地 厚, 片瀬 貴義, 神谷 利夫, "侵入型陽イオン拡散現象を利用した室温転移Ca2RuO4薄膜の作製", 第71回応用物理学会春季学術講演会, 2024年3月24日
  3. 福地厚 , 片瀬貴義 , 太田裕道, "原子平坦アモルファス TaOx薄膜を用いた電子シナプス素子動作原理の直接観察", 令和５年度⽇本表⾯真空学会東北・北海道⽀部学術講演会, 2024年3月6日
  4. Atsushi Fukuchi, Keiji Tsubaki, Takayoshi Katase, and Toshio Kamiya, "Nonthermal Mott Resistive Switching in Ca2RuO4 Thin Films with Independence from the Temperature-Driven Transition Characteristics", Advanced Materials Research GRAND MEETING MRM2023/IUMRS-ICA2023, Dec. 13th, 2023.
  5. 福地 厚, 片瀬 貴義, 神谷 利夫, "Ruddlesden–Popper構造Ca2RuO4薄膜における陽イオンインターカレーション型反応の観測と室温電流誘起相転移の実現", 第43回電子材料研究討論会, 2023年11月9日
  6. 椿 啓司, 福地 厚, 有田 正志, 片瀬 貴義, 神谷 利夫, 高橋 庸夫, "Ca2RuO4薄膜が示す電流誘起転移型の非線形伝導現象に対する基板エピタキシャル応力の影響", 第84回応用物理学会秋季学術講演会, 2023年9月20日
  7. Keiji Tsubaki, Atsushi Tsurumaki-Fukuchi, Takayoshi Katase, Toshio Kamiya, Masashi Arita, and Yasuo Takahashi, "Epitaxial strain engineering of nonlinear transport phenomena in an electrically tunable Mott insulator Ca2RuO4", The 9th International Symposium on Organic and Inorganic Electronic Materials and Related Nanotechnologies (EM-NANO 2023), Jun. 6th, 2023.
特許 / Patents

特許出願件数 / Number of Patent Applications：0件
特許登録件数 / Number of Registered Patents：0件

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