高配向の VO2 膜は、室温付近（約67℃）で金属絶縁体転移（MIT）を起こすことから、次世代の電子・光デバイス材料として有望視されている。高配向 VO2 膜は、V2O3 エピタキシャル成長膜をトポタクティック酸化することによって作製することができる。しかし、このようにして形成された VO2 膜の配向性を決定する詳細なメカニズムは不明である。本論文では、R 面サファイア (Al2O3) 基板上の V2O3 エピタキシャル膜のトポタクティック酸化により、特異的な配向性を持つ VO2 薄膜が得られたことを報告するとともに、V2O3のトポタクティック酸化のメカニズムを提案する。本研究で得られた VO2 膜は、(23̅1̅) 面または (231̅) 面が基板表面に対してほぼ平行であるが、数度傾くという特異な配向性を示した。V2O3 と VO2 の結晶学的解析によって、この特異な配向を説明することができ、さらに基板がトポタクティック酸化中の VO2 の配向に影響を与えることが明らかになった。得られた VO2 膜は、MIT 前後で、4 桁以上の電気抵抗変化を示した。これは、トポタクティック酸化が、高品質の VO2 膜を作製するための手段として適することを示すものである。本研究により、トポタクティック酸化における配向性制御への理解が深められた。
Yuya Matamura, Makoto Kimura, Takumi Ikenoue, Masao Miyake, and Tetsuji Hirato