物性実験I

薄膜ヘテロ界面物性

教員

教授/塚崎 敦
講師/藤原 宏平
助教/塩貝 純一 助教/原田 尚之

研究について

本研究グループでは、非平衡プロセスである超高真空中での薄膜作製手法を駆使して、人工的超構造の創成と界面物性研究を行っています。特に、量子ホール効果に代表される量子輸送現象に着目しており、2次元電子系を形成する新規物質群の探索と実証研究を展開しています。さらに、デバイスプロセスを通した電界効果素子開発によって、極薄膜における2次元的な超伝導やある種の物性における転移温度の電界変調などを行っています。近年では、強相関系酸化物薄膜や有機単結晶においても電界効果の適用によって精密な伝導度制御が可能となっており、新奇物性探索の研究対象として注目されています。

我々は、独自の高品質薄膜化技術を使って、新しい機能界面を自身で作ることから新しい物理への展開を目指していますので、日々の実験の中にも些細な発見が潜んでいます。意欲的な皆さんと新たな発見に向けた研究に取り組めることを楽しみにしています。ぜひ、薄膜・界面のナノテクノロジーを使った合成から先端物性評価までの一連の研究にチャレンジしてみてください。現在、界面2次元系の量子輸送現象に着目した、以下のような研究に取り組んでいます。

(1) 自発分極変調やバンドエンジニアリングによる界面電子系の形成と量子輸送現象
ウルツ鉱型物質群は、結晶構造に起因して自発分極を持つことが知られています。当研究グループでは、これまでに酸化物半導体の一つである酸化亜鉛(ZnO)を用いた薄膜積層界面において、分子線エピタキシー装置を活用して世界最高移動度を達成し、整数量子ホール効果や分数量子ホール効果の観測を行ってきました。これら酸化物では従来の半導体とは異なり、強い電子相関やスピン軌道相互作用の効いた界面物性の発現が期待されます。現在、物質系の拡張とともに、半導体デバイス学理との融合による新たな界面電子系の創出に取り組んでいます。

(2) 電界効果による物性変調
外場による伝導性制御やある種の転移温度制御は、物性の背後に潜む物理起源を調べる上で非常に有用な手法の一つと言えます。特に、強相関系の遷移金属酸化物や量子輸送現象に関連する2次元電子系界面では、外場で電荷密度を制御することによって、関連する物性も変調されることがあります。この様な変調現象における支配的な因子を調べることで、物理起源に迫ろうとする研究を行っています。最近では、固体絶縁体を用いた素子構造だけでなく、イオン液体などを用いた高濃度電荷制御にも取り組んでいます。特に、イオン液体による高濃度電荷制御と化学エッチングを駆使して、極薄膜化した鉄系超伝導体の示す、特異な高温超伝導の起源を探る研究を進めています。

図1 : 分子線エピタキシー装置(左)とホール効果素子及び透明酸化物導電膜(右)

図2 : FeSe極薄膜における電界誘起超伝導と極薄膜化の模式図 
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