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Research

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応用物理学会, 日本物理学会

Research Center for Materials Nanoarchitectonics (MANA)
Title

電子機能を示す薄膜ヘテロ構造の探索

Keywords

電子材料,ヘテロ構造,薄膜結晶成長

Overview

異種の物質を積層したヘテロ構造は、単一の物質にはない性質や機能を示す。トランジスターやダイオードのように、エレクトロニクスの基本となるデバイスはヘテロ構造の特性を利用しており、新機能の開拓には新しい物質の組み合わせを見つけることが重要である。私達は特徴的な結晶構造や電子状態を持つ物質を主な対象として、新しいヘテロ構造の開発とエレクトロニクスへの応用に取り組んでいる。

Novelty and originality

既知の系ではなく、新しいヘテロ構造の探索に注力
原子レベルで制御した薄膜ヘテロ構造の作製
データベースや密度汎関数法による計算を活用

Details

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金属、半導体、超伝導体、磁性体など、結晶には様々な個性を持つものがある。スパッタリング法やパルスレーザー堆積法などの薄膜結晶成長の手法を用いると、複数の結晶を原子レベルで積層することができる。異種の結晶を積層した「ヘテロ構造」は、半導体デバイスの基礎となる構造であり、コンピューターをはじめ身近な電子機器に多く使われている。
私達は、結晶構造や電気的な性質に特徴がある結晶を組み合わせて、新しいヘテロ構造を探索している。誰も作ったことの無い新しい構造で、予想もしなかったような非自明な物性や、応用に結びつく新機能を開拓することが研究の目的である。

最近では、高い導電性を示す層状イオン結晶 PdCoO2に着目している。PdCoO2は2次元的に広がるPdの電気伝導層と、絶縁的な[CoO2]層が交互に積層された構造を持つ。PdCoO2は層状構造に由来する表面分極を持つため、単体金属(4.0~5.7 eV)を大きく上回る7.8 eVの仕事関数を示す。これまでに、半導体とのヘテロ構造においてPdCoO2の大きな仕事関数を利用することで、350℃の高温で8桁近いオン・オフ比で動作できるショットキーダイオードなど、従来系では難しかったデバイス特性を実現した。

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Summary

特徴的な結晶構造や電子状態を利用したヘテロ構造の開発を進めている。計算による物質設計と原子レベルで制御した薄膜成長技術で、次世代のエレクトロニクスに向けた新機能を実現する。

この機能は所内限定です。
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