北海道大学研究生院工学研究院的迫田将仁助教和丹田聪教授，与该校研究生院理学研究院的延兼启纯助教和催化剂科学研究所的技术人员下田周平等人组成的研究团队，发现了薄膜电阻会根据厚度产生周期性振动的现象。
图1：利用原子力显微镜观察到的CaRuO3超薄膜表面凹凸图像。（供图：北海道大学）
研究团队首先利用分子束外延法制作了厚度为0.8～16纳米的层状化合物CaRuO3超薄膜。迫田助教说：“最初试制的是Ca2RuO4，但析出的均为CaRuO3，所以随着研究的推进，我们发现CaRuO3薄膜更容易制作，减少其厚度可以人工创造出二维电子系统。”原子力显微镜证实，其表面粗糙度为199皮米，平坦度与原子的尺寸相当。
接下来研究团队测量了不同厚度的CaRuO3超薄膜电阻率。发现了电阻率会根据薄膜的厚度以2.5纳米为周期变化的现象。在室温和低温下最大分别出现了3位数和9位数以上的巨大变化，这是用常规的尺寸效应无法解释的，表明化合物特有的电子状态对此做出了贡献。
图2：厚度为7-10nm的CaRuO3超薄膜电阻率对温度的依赖性。（供图：北海道大学）
这种厚度上的微小差异引起的巨大电阻变化，以前从未有过报道。在以铋材料为代表的量子尺寸效应中，室温下观测到了10％以下的电阻率变化，即使在低温下也只观测到了约数倍的电阻率变化，但此次的发现表明在室温下性能可提高1万倍，低温下的性能可提高10亿倍以上。这将改写现有的概念，在室温和常压下实现了达到实用水平的巨大变化。
图3：厚度为1-16nm的CaRuO3超薄膜在4k和300k温度下的电阻率图。（供图：北海道大学）
迫田助教表示：“我们目前正在试制基于CaRuO3的电子器件。此次发现的新尺寸效应能在室温和常压下引起巨大的电阻变化，因此我们认为可将其开发成在生活环境下运行的器件。”
原文：《科学新闻》
翻译编辑：JST客观日本编辑部
