東北大学 理学部化学科・大学院理学研究科化学専攻

固体には、内部の原子配列が規則的な結晶状態と不規則なアモルファス状態があり、結晶相では電気抵抗が低く、アモルファス相では電気抵抗が高いことが知られています。GeSbTe合金などのカルコゲナイド物質では、一時的に加熱することで結晶相とアモルファス相が入れ替わる熱的相変化が生じて電気抵抗の大きさも変わるので、不揮発性の相変化メモリとしての応用が期待されています。一方、酸化物では、金属絶縁体転移や超巨大磁気抵抗といった電気伝導現象に関する研究がたくさんあるにもかかわらず、上に述べたような熱的相変化による電気抵抗のスイッチングは実現していませんでした。最近、当研究室では、層状構造ニッケル酸化物Sr_2.5Bi_0.5NiO₅を用いて酸化物では初となる熱的相変化による電気抵抗スイッチングに成功しました。(Sr_1.5Bi_0.5)O₂岩塩層とSrNiO₃ペロブスカイト層で構成される層状ニッケル酸化物Sr_2.5Bi_0.5NiO₅を大気下で熱処理すると、岩塩層におけるSr/Bi配列が秩序化した結晶相 (秩序相)が、Sr/Bi配列の無秩序化な結晶相 (無秩序相)とダブルペロブスカイト構造Sr₂BiNiO_4.5 (ダブルペロブスカイト相)への相変化を示し、100倍から10億倍にわたる電気抵抗の変化を示します。そして、続く熱処理で元の秩序相に戻り、電気抵抗も元の値に戻ります。本研究で実現した、3つの結晶相への熱的相変化による電気抵抗スイッチングは、酸化物の電気伝導現象のメカニズムに新たな知見をもたらすばかりでなく、多値記憶可能な酸化物を用いた相変化メモリへの展開が期待されます。

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