課題番号 ：S-20-OS-0006　
利用課題名（日本語） ：機能性酸化物を用いたナノ構造体作製と評価
Program Title (English) ： Fabrication and evaluation of the functional metal oxides nanostructures
利用者名（日本語） ： 田中 秀和、服部 梓、大坂 藍、頓田 佐映子、任 慧、Umar SIDIK、玄地　真悟、野中　信、余　博源、滝川　潤、難波　央、平尾　成、李 瑞、笠松　泰成、小泉　遼太
Username (English) ：　H. Tanaka, A. N. Hattori, A. I. Osaka, S. Tonda, H. Ren, U. Sidik, S. Genchi, S. Nonaka, B. Yu, J. Takigawa, A. Namba, A. Hirao, R.Li, T. Kasamatsu, R. Koizumi
所属名（日本語） ： 大阪大学　産業科学研究所
Affiliation (English) ： The Institute of Scientific and Industrial Research, Osaka University

１．概要（Summary ）
機能性酸化物薄膜のナノスケール化は、電子相転移制御や量子効果等のナノ物性の興味に加え、低電力駆動、高集積化に直結する重要な課題である。そこで、我々は、酸化物トップダウン・ボトムアップナノテクノロジーを融合した技術的方法論を確立し、酸化物ナノ構造の作製、及び新奇ナノエレクトロニクスの開拓を行っている。
２．実験（Experimental）
S04薄膜X線回折装置、S13反応性イオンエッチング装置、S19レーザーラマン顕微鏡
３．結果と考察（Results and Discussion）
強相関酸化物であるNdNiO3は温度や電界(キャリアドープ)だけでなく、プロトンドープにより電気抵抗が劇的に上昇するという、通常の材料には見られない特性を示す。イオンは物質中で柔軟な動きをするため、イオンを自在に操れるデバイスが実現すれば、これまでの電子デバイスの限界を超える機能が期待できる。しかし自在であるがゆえにイオンの反応の制御は難しく、イオンの固体中へのドープ量や、固体中での挙動を決めるメカニズムは明らかになっていなかった。
イオンは物質中で柔軟な動きをするため、イオンを自在に操れるデバイスが実現すれば、これまでの電子デバイスの限界を超える機能が期待できる。そこで、正極電極に触媒効果のある白金、負極電極に金という非対称電極を持つデバイス構造を創り出すことで、ガス状態で反応箇所を制御することが困難な水素と酸化物の反応を制御した。すなわち、Pt電極界面にプロトンとニッケル酸化物との反応場所を誘導した上で、電界を使ってプロトンの挙動を制御し、その抵抗変調機能の関係を解明することに成功した(Figure1)。イオン、特にガス常態である水素は扱いが困難で、デバイス制御が難しいといわれていたが、電界、温度を制御することで反応を誘導し、プロトンドープ量を系統的に制御することで、1～2桁の抵抗変調を可能とする方法論を導いた。NdNiO3薄膜をチャネルとする二端子電界駆動型プロトンレジスターを作製し、プロトンの電界拡散に伴う大きな抵抗変調発生機構を解明した。
４．その他・特記事項（Others）
・第25回　日本女性科学者の会　奨励賞 (服部梓)
・2020年度精密工学会秋季大会学術講演会ベストプレゼンテーション賞 (大坂 藍)
５．論文・学会発表（Publication/Presentation）
U. Sidik, A. N. Hattori, R. Rakshit, S. Ramanathan, H. Tanaka, ACS Applied Mater. Interfaces, (2020), 12, 54955–54962. 他3報など
６．関連特許（Patent）
なし。