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　ＪＳＴ 課題解決型基礎研究の一環として、東京大学 大学院工学系研究科附属量子相エレクトロニクス研究センターの塚崎 敦　特任講師と東北大学原子分子材料科学高等研究機構の川崎 雅司　教授らは、酸化物界面の成長技術を飛躍的に向上させることによって極めて「綺麗」な界面を実現することで、二次元電子輸送における本質的な相互作用を理解する上で重要な分数量子ホール効果注１）を酸化物界面において世界で初めて観測することに成功しました。

　本研究では、近年安価で安全な透明酸化物半导体材料として注目を集めている酸化亜铅（ＺｎＯ）注２）を用いました。これまでに、ＺｎＯ系材料で作製した积层薄膜（ＭｇＺｎＯ／ＺｎＯ）の界面には、界面に沿った薄いシート状の自由电子（二次元电子注３））层が形成されることが分かっています。一方、半导体の电気的?磁気的性质を高めるためには、界面の「綺丽さ」の指标となる二次元电子の移动度注４）の向上が必须ですが、界面の平坦性や不纯物浓度、欠陥密度などの制御が难しい酸化物半导体では、ヒ化ガリウム（ＧａＡｓ）など従来の化合物半导体に比べて移动度の向上が困难であると考えられてきました。

　本研究グループは今回、分子线エピタキシー法注５）を駆使し、酸化物薄膜の作製条件を成长速度に着目して最适化することで、极めて高纯度かつ平坦な界面を実现し、电子移动度を従来の酸化物系での世界最高値に比べて约１０倍高めることに成功しました。さらに、この试料の低温?强磁场下での电気伝导特性を调べた结果、これまでＧａＡｓ系化合物半导体やグラフェンなどのごく限られた材料でしか観测例のなかった分数量子ホール効果を、酸化物同士の界面において世界で初めて见いだしました。

　この成果は、超伝导や超流动といった电子の量子论的振る舞い、すなわち&濒诲辩耻辞;巨视的量子输送现象&谤诲辩耻辞;の１つであり、今后、さまざまな酸化物材料へと展开していくことで、全く新たな量子输送现象の発现?解明が飞跃的に进む糸口となるものです。また近年、青色発光素子に続く次世代素子として着目されている紫外线発光素子や透明トランジスターなどの実用化に向けた课题克服に大きく寄与し、酸化物の高い环境调和性を生かしたこれまでにない酸化物材料の世界を切り开くものと期待されます。

　本研究は、ローム株式会社、東北大学電気通信研究所、東京工業大学 大学院理工学研究科と共同で実施され、本研究成果は、２０１０年１０月１７日（英国時間）に英国科学雑誌「Ｎａｔｕｒｅ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ」のオンライン速報版で公開されます。

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塚崎 敦（ツカザキ アツシ）

东京大学大学院工学系研究科附属量子相エレクトロニクス研究センター　特任讲师

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川崎 雅司（カワサキ マサシ）

东北大学原子分子材料科学高等研究机构　教授

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