Discovery Sagaサイレントキーワード俯瞰

薄膜電子材料 / エピタキシー / 電気化学 / 超伝導材料・素子 / トポケミカル反応

本年度は，薄膜試料の合成と基礎物性の評価に注力し，溶液中の酸化還元反応によって前周期遷移金属酸化物の準安定相が得られる合成条件の範囲を明らかにすることを目的とした。パルスレーザ堆積法により，種々の基板上にLiNbO2やLiV2O4などの薄膜をエピタキシャル成長することにより，原料ターゲット中の過剰リチウム量や薄膜合成中のガス種・圧力が，得られた薄膜の組成，結晶構造，表面形状に対してどのように影響するか詳しく調べた。また，得られた薄膜を種々の溶液や電解質に浸漬し，リチウムをトポタクティックに脱離・挿入させる酸化還元反応の条件を検討した。LiNbO2に対して，高温の濃硝酸を用いると，薄膜中のリチウムをほぼ完全に取り除いたNbO2相が得られた。この結晶相は、p型透明導電性と超伝導を示すLi1－xNbO2の母相と考えられ，構造的に現在注目を集めている二次元物質MoS2と同じであることから，その基礎物性には興味が持たれる。LiV2O4薄膜については，電気化学セルを用いてリチウムを挿入し，極低温下における抵抗率の温度依存性を測定した。温度の二乗に比例して抵抗率が変化するフェルミ液体理論のモデルに従って電子相関の強さを解析した。その結果，リチウム組成の増加とともに電子相関の度合いが増加し，Li+xV2O4がこれまでに知られている遷移金属酸化物の中では最大の電子相関を示すことを明らかにした。このことはバルク体を用いた先行研究では明らかにされておらず，エピタキシャル成長した薄膜状の試料と電気化学セルを用いて初めて明らかにされた成果である。

薄膜電子材料 / エピタキシー / 電気化学 / 超伝導材料・素子 / トポケミカル反応

超伝導体は，超低消費電力の輸送技術や超高感度センサーなどに広く応用されている。本研究では，超伝導体になることが期待されていながら構造が不安定なため合成できない遷移金属酸化物に着目し，薄膜化によって安定化することで期待通りの超伝導体を創り出した。また，リチウムイオン電池の原理を応用して電気化学的に超伝導体にキャリアを導入した結果，これまでに知られていなかった超伝導体の意外な性質を明らかにした。

本研究成果の学術的な意義は，不安定な物質を薄膜化によって安定化することで電気化学的なキャリアドープ制御を可能にしたことであり，その結果これまで分かっていなかった超伝導体の性質を詳しく調べることに成功したことである。具体的には，キャリアドープによって透明な超伝導体になる物質を発見した。これは世界初のp型透明超伝導体の実現につながった。室温で高い透明性と電気伝導性を併せ持つ優れた透明導電性酸化物を開発したという点で同物質の情報通信素子応用への道を拓いた。