【公開日：2023.08.01】【最終更新日：2023.05.26】

課題データ / Project Data

課題番号 / Project Issue Number

22KU0049

利用課題名 / Title

モット絶縁体Ca₂RuO₄薄膜に対する欠陥構造と原子構造の精密解析

利用した実施機関 / Support Institute

九州大学 / Kyushu Univ.

機関外・機関内の利用 / External or Internal Use

外部利用/External Use

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）-

【重要技術領域 / Important Technology Area】（主 / Main）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（副 / Sub）次世代ナノスケールマテリアル/Next-generation nanoscale materials

キーワード / Keywords

電子顕微鏡/Electron microscopy,集束イオンビーム/Focused ion beam,電子分光,原子薄膜/ Atomic thin film,量子効果/ Quantum effect,表面・界面・粒界制御/ Surface/interface/grain boundary control

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情報エレクトロニクス部門

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

工藤　昌輝

利用形態 / Support Type

（主 / Main）技術補助/Technical Assistance（副 / Sub）-

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

KU-004：広電圧超高感度原子分解能電子顕微鏡
KU-005：デュアルビームFIB-SEM加工装置
KU-006：直交型FIB-SEM
KU-014：Arイオン研磨装置群
KU-015：コーティング装置群

報告書データ / Report

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

ナローギャップモット絶縁体であるCa₂RuO₄では、その金属絶縁体転移を温度や圧力だけでなく、電流や電場によっても誘起可能である可能性が近年指摘されており、その物理的な起源と電子デバイス応用に対して注目が集められている。Ca₂RuO₄の電流・電場誘起転移の機構解明とデバイス応用の実現に向けては現在、Ca₂RuO₄の良質なエピタキシャル薄膜を用いての基礎物性評価が強く求められていることから、本研究ではCa₂RuO₄のエピタキシャル薄膜の作製とその詳細な構造解析を実施する。

実験 / Experimental

申請者が北海道大学の自グループで作製したCa₂RuO₄/LaAlO₃ (001)薄膜を、九州大学ARIM(解析部門)の利用により、超顕微解析研究センターのFIB装置(Quanta 3D 200i, MI4000L)を用いて透過型電子顕微鏡観察用の薄片試料へと加工した。加工後の試料に対しては同様にARIM・超顕微解析研究センターにおいて、広電圧電子顕微鏡(JEM-ARM200CF)を用いて、ABF-STEMを含む各種TEM・STEM像の観察を実施した。

結果と考察 / Results and Discussion

Ca₂RuO₄/LaAlO₃ (001)薄膜に対する透過型電子顕微鏡観察を通じて、Ca2RuO₄のエピタキシャル薄膜ではそのCa/Ru組成比に応じて、Ru欠損に伴う二相分離等の、特徴的な結晶構造と欠陥構造が膜内部に形成されることが明らかとなった。また膜の伝導特性評価の結果との比較から、これらの欠陥構造はCa₂RuO₄膜の金属絶縁体転移の各種特性(転移温度・閾値電流密度等)に対して、顕著な影響を及ぼすことが示された。

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)

口頭発表、ポスター発表および、その他の論文 / Oral Presentations etc.

1. 福地 厚, 椿 啓司, 片瀬 貴義, 神谷 利夫, 有田 正志, 高橋 庸夫, "Ca2RuO4薄膜が示す温度誘起金属–絶縁体転移に依存しないモット型抵抗スイッチング現象", 第70回応用物理学会春季学術講演会, 18a-A302-2, 東京, 2023年3月.

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