田中 秀和 （たなか ひでかず）氏

大阪大学 産業科学研究所 極微プロセス研究分野 助教授 科学技術振興事業団さきがけ研究21「ナノと物性」研究員 1993 大阪大学 工学部 材料物性工学科 卒 1995 大阪大学 大学院 工学研究科 材料物性工学専攻 修士課程 修了 1997 大阪大学 大学院 基礎工学研究科 物理系(物性分野)専攻 　博士後期課程 退学 （1995年〜1997年 日本学術振興会 特別研究員/DC1） 1997 〜2003 大阪大学 産業科学研究所 助手 (〜2000 高次インターマテリアル研究センター、〜2003 産業科学ナノテクノロジーセンター) 1998 理学博士 2001 科学技術振興事業団さきがけ研究21「ナノと物性」研究員兼任 2003 大阪大学 産業科学研究所 助教授   1993 日本金属学会/鉄鋼協会 奨学賞 2000 日本MRS 奨励賞 2001 応用物理学会 講演奨励賞 Email :      ホームページ

　遷移金属酸化物は、強い電子相関のため強磁性、超巨大磁気抵抗、超伝導等の多彩な物性（強相関電子物性）が室温以上で発現し、また僅かな摂動(電子濃度、圧力、温度)で系のバランスが崩れ非常に大きく物性が変化する。この物質と光・電場に応答する酸化物半導体材料をナノスケールで組み合わせた機能調和人工格子により、強相関電子の振る舞いを明らかにすると共に、界面を通じて電子の動きを制御し強相関電子物性を光・電場を用いスイッチできる新機能デバイスを創出することを目指している（図1）。

　これまでレーザMBE法により遷移金属酸化物系の磁性体人工格子、強誘電体人工格子の形成とその磁気・電気物性の外場（光、磁場、電場）応答に関する研究、走査型プローブ顕微鏡を用いたナノキャラクタリゼーションなどを通じ、遷移金属酸化物においては1単位格子(0.4nm)〜10単位格子(4nm)レベルで異なる物質を交互積層した新物質において、界面を通じた磁気相互作用、格子歪みによる電子・スピン状態変化により飛躍的に物性が変化する事を見いだしてきた。

　この考えを更に広げ、動的な物性制御が期待される半導体の考えをナノスケールの人工格子に取り込んだものが、室温かつ微小な外場で動作する強相関電子デバイスである。現在は、極薄膜(〜5nm)においても室温でキャリア誘起強磁性および超巨大磁気抵抗を示す (La,Ba)MnO₃歪み薄膜を見出し(図2上図)、それを元に、光学半導体酸化物、強誘電体酸化物を組み合わせたダイオード、電界効果トランジスタ等のデバイスを作製を行っている。電圧印可、光照射により室温付近に金属―絶縁体転移温度の変化が見られ、これは電界、光により界面で電子濃度が変調され、強磁性がスイッチされているためだと考えられる（図2下図）。さらに走査型プローブ顕微鏡などの手法を用いてスピン状態を明らかにし、まずは室温における電界・光による強磁性の制御が可能であることを示す。

　遷移金属酸化物にはさらに超伝導、電荷整列現象、ユニークな機能として分子・ガス応答機能などがあり、更に組み合わせを広げることにより半導体デバイスには出来ない様々な外場に応答できるデバイスへと発展させたい。

図1. 拡大 強相関電子系デバイス概念図。強相関電子の相関長は極めて短いため、ナノ〜サブナノメートルでよく制御された人工格子・p-n接合構造により相関長を考慮して異種材料を組み合わせる。

図2. 拡大 上図 (La,Ba)MnO3極薄膜(厚さ5nm)の周波数シフト方式磁気力顕微鏡像。分子層ステップ(高さ0.4nm)を持つ原子レベルで平坦な表面から強磁性ドメインが室温付近で現れる。下図(c)：n型半導体酸化物Sr(Ti,Nb)O3をゲートとした(La,Ba)MnO3強磁性電界効果トランジスタの特性。