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【本学研究者情报】

〇金属材料研究所　特任助教　冈部博孝

【概要】

半导体の电気特性は材料中に存在する不纯物の量に左右されることが知られています。例えば纯度の高いシリコンはほとんど电気を通しませんが、微量のリンやホウ素を添加すると电気抵抗が下がり、半导体として机能します。同様に半导体中に存在する不纯物としての水素の量によって电気抵抗を変化させることができ、その性质をうまく使えば抵抗変化型のデバイスをつくれます。

しかし、その水素の振る舞いをナノスケールで调べる方法は极めて限られています。我々は次世代半导体デバイス材料として注目を集める二酸化バナジウム（VO₂）に対して、物质中で水素のように振舞う素粒子「ミュオン」を用いることで、ナノスケール领域における水素の挙动（ダイナミクス）を明らかにしました。大强度阳子加速器施设（J-PARC ※1）物质?生命科学実験施设（MLF）のミュオン科学実験施设（MUSE) Sラインにおいて行われたミュオンスピン回転/缓和/共鸣（μSR ※2）実験により、水素はVO₂中で2种类の拡散経路を持つこと、室温で10^-10cm²/sもの高い拡散係数を示すポテンシャルを秘めていることを発见しました。これは半导体中の水素の量をわずかな电圧の変化で制御できることを意味し、VO₂を用いた次世代水素駆动型半导体电子デバイスの开発に资するものです。本论文は米国科学誌「Physical Review Materials」の注目论文（Editors' Suggestion）に选ばれました。

図１　正の电荷を持つミュオンは物质中の电子を捕获して水素原子（左）とよく似た原子をつくり、「ミュオジェン」と呼ばれる（右）。

【用语解説】

※1．大强度阳子加速器施设（闯-笔础搁颁）
高エネルギー加速器研究机构（碍贰碍）と日本原子力研究开発机构が茨城県东海村で共同运営している大型研究施设で、素粒子物理学、原子核物理学、物性物理学、化学、材料科学、生物学などの学术的な研究から产业分野への応用研究まで、広范囲の分野での世界最先端の研究が行われています。闯-笔础搁颁内の物质?生命科学実験施设（惭尝贵）では、世界最高强度のミュオン及び中性子ビームを用いた研究が行われており、世界中から研究者が集まっています。

※2．ミュオンスピン回転/缓和/共鸣（μSR）
ミュオンはスピンという性质を持っており、スピンが磁场を感じるとスピンの向きが回転します。正の电荷を持つミュオンは约2.2マイクロ秒の寿命を持って崩壊し、スピンの方向に多く阳电子を放出するため、前后左右に飞んでいく阳电子数の违い（非対称度）を测定することでスピンの运动がわかり、物质内部の局所的な磁场构造を调べることができます。

详细（プレスリリース本文）

问い合わせ先

東北大学 金属材料研究所
特任助教　冈部博孝
Email: hirotaka.okabe.b4*tohoku.ac.jp（*を@に置き換えてください）
TEL: 022-215-2039

（报道に関すること）
東北大学 金属材料研究所 情報企画室広報班
Email: press.imr*grp.tohoku.ac.jp（*を@に置き換えてください）
TEL: 022-215-2144　FAX: 022-215-2482