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研究内容

研究目標

  • 新物質・新機能の開拓を目標として、物質の設計と設計通りに合成するための技術開発を行う。本研究の要となるのが「物質合成技術」である。具体的には、狙った構造の物質合成に有効なエピタキシャル薄膜技術・高圧合成技術・トポケミカル反応技術を組み合わせる。本手法により、熱力学の制約を超えた構造・組成の物質を合成し、新物質・新機能を開拓する。

これまでの研究紹介

薄膜試料の高圧合成

  • 高圧下(>数万気圧)において物質は、室温超伝導などのエキゾチックな物性を発現する。しかし、このような高圧相物質の多くは超高圧下でのみ存在し、大気圧下には取り出すことができない。そこで、そのような高圧相物質を大気圧下に取り出すべく、エピタキシャル薄膜における構造安定化に着目し、単結晶基板上に作製した薄膜試料に対して超高圧印加することを着想した。
  • 一方で、薄膜試料は物理的な衝撃に極めて弱く、薄膜試料を損傷することなく数万気圧の力を加えることは難しい。そこで、図(a)のような、薄膜試料を保護して高圧合成できるセルを開発した。基板の破損や薄膜の剥離を起こすことなく15.6万気圧の圧力印加に成功し[図(b)]、現在は様々な高圧相薄膜の合成に取り組んでいる。
    論文発表
  • 1. "Ultrahigh-pressure fabrication of single-phase α-PbO2-type TiO2 epitaxial thin films"

    Yuki Sasahara, Koki Kanatani, Hiroaki Asoma, Masayuki Matsuhisa, Kazunori Nishio, Ryota Shimizu, Norimasa Nishiyama, and Taro Hitosugi
    AIP Advances, 10, 025125 (2020). [Open Access]


  • 2. "Impact of Surface Roughness on Recrystallization of an α-Al2O3(001) Single Crystal to α-AlO(OH) Diaspore Microcrystals"

    Yuki Sasahara, Koki Kanatani, Masayuki Matsuhisa, Yuji Wada, Ryota Shimizu, Norimasa Nishiyama and Taro Hitosugi
    ACS Omega, 5, 23520 (2020). [Open Access]


反応性スパッタ法を用いた金属水素化物薄膜合成

  • 金属水素化物は室温超伝導などの魅力的な物性を示すことから、次世代エレクトロニクス材料への応用が期待されている。そのような応用に向けた詳細な物性研究には、一般に単結晶が用いられるが、金属水素化物の場合、その熱的不安定性や水素脆性などから、バルク単結晶の育成が本質的に難しい。そこで、低温合成可能なエピタキシャル薄膜(単結晶薄膜)に着目した。
  • 合成手法としては、高活性なプラズマ状水素を用いた効果的な水素化が期待できる反応性スパッタ法に着目し、成膜時の水素分圧と基板を温度を最適化する[図(a,b)]ことにより、単相で高品質なエピタキシャル薄膜の合成条件を見出した[図(c)]。現在は、エピタキシャル薄膜を用いた金属水素化物の物性研究にも取り組んでいる。
  • 論文発表
  • 1. "金属水素化物エピタキシャル薄膜の合成と電子物性"

    笹原悠輝, 清水亮太, 一杉太郎
    セラミックス誌, 56, 76 (2021). [Open Access]


  • 2. "Fabrication of atomically abrupt interfaces of single-phase TiH2 and Al2O3"

    Ryota Shimizu, Yuki Sasahara, Hiroyuki Oguchi, Kuniko Yamamoto, Issei Sugiyama, Susumu Shiraki, Shin-ichi Orimo, Taro Hitosugi
    APL Materials, 5, 086102 (2017). [Open Access]


  • 3. "A hysteresis loop in electrical resistance of NbHx observed above the β-λ transition temperature"

    Yuki Sasahara, Ryota Shimizu, Hiroyuki Oguchi, Kazunori Nishio, Shohei Ogura, Hitoshi Morioka, Shin-ichi Orimo, Katsuyuki Fukutani, and Taro Hitosugi.
    AIP Advances, 9, 015027 (2019). [Open Access]


  • 4. "Polarity reversal of the charge carrier in tetragonal TiHx (x = 1.6-2.0) at low temperatures"

    Ryota Shimizu, Yuki Sasahara, Ikutaro Hamada, Hiroyuki Oguchi, Shohei Ogura, Tetsuroh Shirasawa, Miho Kitamura, Koji Horiba, Hiroshi Kumigashira, Shin-ichi Orimo, Katsuyuki Fukutani, and Taro Hitosugi
    Phys. Rev. Research, 2, 033467 (2020). [Open Access]

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