東北大学研究者紹介

研究者詳細

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シガ　ダイスケ

志賀　大亮

Daisuke Shiga

所属

多元物質科学研究所　無機材料研究部門　ナノ機能物性化学研究分野

職名

助教

学位

博士（理学）（東北大学）
修士（理学）（東北大学）

researchmap

https://researchmap.jp/dshiga

J-GLOBAL ID

202101004860487410

e-Rad 研究者番号

00909103

ORCID

https://orcid.org/0000-0003-4500-6214

Researcher ID

GVU-7893-2022

プロフィール

Dr. Daisuke Shiga completed his Ph.D. in Science from Tohoku University, Japan, in March 2021 and has been an Assistant Professor of Physical Chemistry at the Institute of Multidisciplinary Research for Advanced Materials (IMRMA), Tohoku University, since April 2021. He is also an Associate Researcher at the Institute of Materials Structure Science (IMSS), High Energy Accelerator Research Organization (KEK), Japan, working predominantly on the synthesis and synchrotron analysis of functional oxide nanostructures.

無機材料研究部門ナノ機能物性化学研究分野　〒980-8577 仙台市青葉区片平2-1-1

経歴 2

2022年4月～継続中

(兼任)東北大学　理学部　助教
2021年4月～継続中

東北大学　多元物質科学研究所　助教

学歴 5

東北大学　大学院理学研究科　(化学専攻), 修了

2018年4月～ 2021年3月
東北大学　大学院理学研究科　(物理学専攻), 修了

2016年4月～ 2018年3月
兵庫県立大学　理学部　(物質科学科), 卒業

2012年4月～ 2016年3月
福島県立相馬高等学校　(理数科), 卒業

2011年4月～ 2012年3月
福島県立原町高等学校　(普通科), 転学

2009年4月～ 2011年3月

委員歴 1

東北大多元研多友会　幹事

2023年～ 2025年

所属学協会 3

応用物理学会

2017年10月～継続中
日本放射光学会

2017年10月～継続中
日本物理学会

2016年10月～継続中

研究キーワード 3

酸化物ナノ構造
強相関電子系
放射光電子分光

研究分野 1

ナノテク・材料 / 薄膜、表面界面物性 / 酸化物エレクトロニクス

受賞 8

多元物質科学研究奨励賞（東北大籏野奨学基金）

2025年9月
論文賞（JSAP 薄膜・表面物理分科会）

2022年3月
振興会賞（東北大青葉理学振興会）

2021年3月
化学専攻賞（東北大院理）

2021年3月
学生奨励賞（量子ビームサイエンスフェスタ）

2021年3月
学生発表賞（日本放射光学会年会・放射光科学合同シンポジウム）

2021年1月
Editors' Suggestion (PRB)

2020年9月
多元物質科学奨励賞（東北大科学計測振興基金）

2019年12月

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論文 30

Interface-induced collective phase transition in VO2-based bilayers studied by layer-selective spectroscopy

D. Shiga, S. Inoue, T. Kanda, N. Hasegawa, M. Kitamura, K. Horiba, K. Yoshimatsu, A. F. Santander-Syro, H. Kumigashira

arXiv:2505.20448　2025年5月26日
Common anion rule in oxide heterointerfaces: Experimental verification by in situ photoemission spectroscopy 国際誌査読有り

R. Hayasaka, T. Kanda, Y. Masutake, D. K. Nguyen, N. Hasegawa, S. Inoue, A. Wada, M. Kitamura, D. Shiga, K. Yoshimatsu, H. Kumigashira

APL Mater.　12　071111　2024年7月15日
出版者・発行元： AIP Publishing
DOI： 10.1063/5.0223269 　

eISSN：2166-532X

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The band alignment at the interface is one of the fundamental parameters for designing electronic devices and artificial functional materials. However, there is no firmly established guideline for oxide heterostructures, limiting the functional design of oxide heterostructures. Here, we provide spectral evidence that the band diagram of oxide heterointerfaces is well described by the Zhong and Hansmann scheme based on the common anion rule [Z. Zhong and P. Hansmann, Phys. Rev. X 7, 011023 (2017)]. By utilizing the elemental selectivity of Ti 2p–3d resonant photoemission for the Ti 3d state near the Fermi level, we directly visualize the presence or absence of charge transfer from the overlayer films to SrTiO3 in prototypical heterointerfaces of SrVO3/SrTiO3 and SrNbO3/SrTiO3. It is found that the charge transfer occurs in SrNbO3/SrTiO3 but not in SrVO3/SrTiO3, as predicted by the Zhong and Hansmann scheme, indicating that the presence or absence, as well as the sign and amount, of interfacial charge transfer is predicted by this scheme. Our findings provide guidelines for designing and controlling the functionalities in oxide nanostructures.
Electronic phase diagram of Cr-doped VO2 epitaxial films studied by in situ photoemission spectroscopy 国際誌査読有り

D. Shiga, X. Cheng, T. T. Kim, T. Kanda, N. Hasegawa, M. Kitamura, K. Yoshimatsu, H. Kumigashira

Phys. Rev. B　108　045112　2023年7月11日
出版者・発行元： American Physical Society (APS)
DOI： 10.1103/physrevb.108.045112 　

ISSN：2469-9950

eISSN：2469-9969

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Through in situ photoemission spectroscopy (PES), we investigated the changes in the electronic structure of Cr-doped VO2 films coherently grown on TiO2 (001) substrates. The electronic phase diagram of CrxV1−xO2 is drawn by a combination of electric and spectroscopic measurements. The phase diagram is similar to that of bulk CrxV1−xO2, while the temperature of metal-insulator transition(TMIT) is significantly suppressed by the epitaxial strain effect. In the range x = 0−0.04, where TMIT remains unchanged as a function of x, the PES spectra show a dramatic change across TMIT, demonstrating the characteristic spectral changes associated with the Peierls phenomenon. In contrast, for x > 0.04, the TMIT linearly increases, and the metal-insulator transition (MIT) may disappear at x = 0.08−0.12. The PES spectra at x = 0.08 exhibit pseudogap behavior near the Fermi level, whereas the characteristic temperature-induced change remains almost intact, suggesting the existence of local V-V dimerization. The suppression of V-V dimerization with increasing x was confirmed by polarization-dependent x-ray absorption spectroscopy. These spectroscopic investigations reveal that the energy gap and V 3d states are essentially unchanged with 0 ≤ x ≤ 0.08 despite the suppression of V-V dimerization. The invariance of the energy gap with respect to x suggests that the MIT in CrxV1−xO2 arises primarily from the strong electron correlations, namely, the Peierls-assisted Mott transition. Meanwhile, the pseudogap at x = 0.08 eventually evolves to a full gap (Mott gap) at x = 0.12, which is consistent with the disappearance of the temperature-dependent MIT in the electronic phase diagram. These results demonstrate that a Mott insulating phase without V-V dimerization is stabilized at x > 0.08 as a result of the superiority of Mott instability over the Peierls one.
Quantization condition of strongly correlated electrons in oxide nanostructures 査読有り

T. Kanda, D. Shiga, A. Wada, R. Hayasaka, Y. Masutake, N. Hasegawa, M. Kitamura, K. Yoshimatsu, H. Kumigashira

Commun. Mater.　4　27　2023年4月25日
出版者・発行元： Springer Science and Business Media LLC
DOI： 10.1038/s43246-023-00354-7 　

eISSN：2662-4443

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Abstract Some oxide nanostructures have recently been shown to host quantum well (QW) states that are promising for quantum device applications by designing the wave function of their strongly correlated electrons. However, it is unclear why QW states only appear in certain oxides, limiting the possibilities of wave-function engineering. Here, we demonstrate that the electron mean free path λ is one of the essential conditions to form standing waves of strongly correlated electrons in oxide nanostructures. We have investigated the QW states formed in SrTi_1–xV_xO₃ (STVO) ultrathin films using in situ angle-resolved photoemission spectroscopy. The controllability of λ in STVO while maintaining an atomically flat surface and chemically abrupt interface enables us to examine the evolution of QW states with varying λ. A detailed analysis reveals that the intensity of the QW states is almost linearly correlated to λ and may disappear at the Ioffe–Regel criterion, corresponding to the nearest neighbor inter-vanadium distance in STVO. Our findings provide design guidelines for creating and controlling novel quantum phenomena in oxide nanostructures.
Electronic band structure of Ti2O3 thin films studied by angle-resolved photoemission spectroscopy 査読有り

N. Hasegawa, K. Yoshimatsu, D. Shiga, T. Kanda, S. Miyazaki, M. Kitamura, K. Horiba, H. Kumigashira

Phys. Rev. B　105　235137　2022年6月27日
出版者・発行元： American Physical Society (APS)
DOI： 10.1103/physrevb.105.235137 　

ISSN：2469-9950

eISSN：2469-9969
Resonant tunneling driven metal-insulator transition in double quantum-well structures of strongly correlated oxide 国際誌査読有り

R. Yukawa†, M. Kobayashi†, T. Kanda†, D. Shiga†, K. Yoshimatsu, S. Ishibashi, M. Minohara, M. Kitamura, K. Horiba, A. F. Santander-Syro, H. Kumigashira

Nat. Commun.　12　7070　2021年12月3日
出版者・発行元： Springer Science and Business Media LLC
DOI： 10.1038/s41467-021-27327-z 　

eISSN：2041-1723
Electronic structure of SrTi1−xVxO3 films studied by in situ photoemission spectroscopy: Screening for a transparent electrode material 査読有り

T. Kanda, D. Shiga, R. Yukawa, N. Hasegawa, D. K. Nguyen, X. Cheng, R. Tokunaga, M. Kitamura, K. Horiba, K. Yoshimatsu, H. Kumigashira

Phys. Rev. B　104　115121　2021年9月10日
出版者・発行元： American Physical Society (APS)
DOI： 10.1103/physrevb.104.115121 　

ISSN：2469-9950

eISSN：2469-9969
Thickness dependence of electronic structures in VO2 ultrathin films: Suppression of the cooperative Mott-Peierls transition 国際誌査読有り

D. Shiga, B. E. Yang, N. Hasegawa, T. Kanda, R. Tokunaga, K. Yoshimatsu, R. Yukawa, M. Kitamura, K. Horiba, H. Kumigashira

Phys. Rev. B　102　115114　2020年9月9日
出版者・発行元： American Physical Society (APS)
DOI： 10.1103/physrevb.102.115114 　

ISSN：2469-9950

eISSN：2469-9969
Emergence of metallic monoclinic states of VO2 films induced by K deposition 国際誌査読有り

D. Shiga, M. Minohara, M. Kitamura, R. Yukawa, K. Horiba, H. Kumigashira

Phys. Rev. B　99　125120　2019年3月14日
出版者・発行元： American Physical Society (APS)
DOI： 10.1103/physrevb.99.125120 　

ISSN：2469-9950

eISSN：2469-9969
Mott insulating state of IrO6 honeycomb monolayer structured in ilmenite-type oxide superlattice 国際誌査読有り

M. Negishi, K. Fujiwara, S.-H. Jang, Y.-F. Zhao, S. Sasano, R. Ishikawa, N. Shibata, D. Shiga, H. Kumigashira, Y. Nakamura, H. Kishida, Y. Motome, A. Tsukazaki

Phys. Rev. Mater.　9　086202　2025年8月12日
出版者・発行元： American Physical Society (APS)
DOI： 10.1103/gz4v-8mds 　

eISSN：2475-9953

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Quantum magnetism based on the Kitaev honeycomb model has been intensively studied both by theoretical material design and experimental materialization. In contrast to the considerable progress of theoretical modeling and experiments on bulk crystals, it is still difficult to find a candidate material applicable to thin films and devices toward future quantum computation. Here we clearly demonstrate a Mott insulating state of IrO6 honeycomb monolayer structured in ilmenite-type Mg−Ir−O/MgTiO3 superlattices, which is a good candidate of the Kitaev honeycomb magnet applicable to devices. Electronic states detected by photoelectron spectroscopy agree well with those in theoretical band calculations. The stabilized superlattice with the Mott gap state is a promising platform to examine the device physics of the Majorana fermions and the Z2 fluxes in the Kitaev honeycomb model, suggesting the thin-film techniques are quite beneficial for triggering the exploration of quantum computation in designable and evolvable heterostructures.
Out-of-phase plasmon excitations in the trilayer cuprate Bi2⁢Sr2⁢Ca2⁢Cu3⁢O10+𝛿 国際誌査読有り

S. Nakata, M. Bejas, J. Okamoto, K. Yamamoto, D. Shiga, R. Takahashi, H. Y. Huang, H. Kumigashira, H. Wadati, J. Miyawaki, S. Ishida, H. Eisaki, A. Fujimori, A. Greco, H. Yamase, D. J. Huang, H. Suzuki

Phys. Rev. B　111　165141　2025年4月21日
出版者・発行元： American Physical Society (APS)
DOI： 10.1103/physrevb.111.165141 　

ISSN：2469-9950

eISSN：2469-9969
Large Seebeck coefficient driven by “pudding mold” flat band in hole-doped CuRhO2 国際誌国際共著査読有り

A. J. Thakur, M. Thees, F. Fortuna, E. Frantzeskakis, D. Shiga, H. Kuriyama, M. Nohara, H. Takagi, H. Kumigashira, A. F. Santander-Syro

Phys. Rev. Mater.　9　L032401　2025年3月24日
出版者・発行元： American Physical Society (APS)
DOI： 10.1103/physrevmaterials.9.l032401 　

eISSN：2475-9953
High surface electron-proton mixed conduction at medium temperature of c-axis oriented BaCe0.7Ru0.1Y0.2O3-δ thin film 国際誌査読有り

N. Kaneda, G. Notake, Y. Wang, R. Kaneko, R. Tabuchi, R. Morizane, D. Shiga, H. Kumigashira, T. Higuchi

Jpn. J. Appl. Phys.　64　02SP30　2025年2月24日
出版者・発行元： IOP Publishing
DOI： 10.35848/1347-4065/adb297 　

ISSN：0021-4922

eISSN：1347-4065

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Abstract To realize practical anode electrode film for solid oxide fuel cells (SOFCs) operating at a medium temperature range, we have prepared c-axis oriented BaCe0.7Ru0.1Y0.2O3-d (BCRY) thin films on an MgO (100) substrate by RF magnetron sputtering. The oxygen vacancies concentration was quantitatively evaluated by X-ray absorption spectroscopy and defect chemical analysis. Proton conductivity was proven from the O 1s photoemission spectrum showing an OH- peak formed on the oxygen ion sites. Electron conductivity was proven from small density-of-state at the Fermi level (EF) and the energy difference between the top of the valence band and the EF, which is close to the activation energy of the conductivity. The wet-annealed BCRY thin film, which exhibit surface electron-proton mixed conductivity of more than 10-3 S/cm at 300 °C, can be applied as a practical anode electrode film with high chemical reaction for SOFC operating in the medium temperature range.
Resistive control of b-axis oriented VO2 thin film by lithium ions diffusion from LiCoO2 buffer layer 国際誌査読有り

R. Kaneko, T. Yamada, R. Morizane, N. Kaneda, R. Tabuchi, G. Notake, D. Shiga, H. Kumigashira, T. Higuchi

Jpn. J. Appl. Phys.　64　02SP28　2025年2月18日
出版者・発行元： IOP Publishing
DOI： 10.35848/1347-4065/adaf1e 　

ISSN：0021-4922

eISSN：1347-4065

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Abstract Vanadium dioxide VO2 thin films can be applied as electrolyte of electric double layer transistor or positive electrode for all-solid-state lithium-ions batteries. In order to verify the charge behavior between the Li+ ion conductor LiCoO2 and VO2, we have investigated the electrical conductivity and electronic structure of b-axis oriented VO2/LiCoO2 multilayer film prepared on Al2O3 (0001) substrates by RF magnetron sputtering. The amount of excess oxygen in the VO2/LiCoO2 multilayer film was evaluated to be ~22.5% by X-ray photoemission spectroscopy. The electrical resistivity of the multilayer film increases with temperature from 290 to 330K, and decreases reversibly above 330K, indicating the Li+ ion conduction. The electron correlation energy of the VO2/LiCoO2 multilayer and VO2 thin film are ~3.4 eV and ~2.4 eV, respectively. These results indicate that the carrier number of the VO2 thin film can control by diffusion of Li+ ions from LiCoO2 buffer layer.
Rocksalt-type heavy rare earth monoxides TbO, DyO, and ErO exhibiting metallic electronic states and ferromagnetism 国際誌査読有り

S. Sasaki, D. Oka, D. Shiga, R. Takahashi, S. Nakata, K. Harata, Y. Yamasaki, M. Kitamura, H. Nakao, H. Wadati, H. Kumigashira, T. Fukumura

Dalton Trans.　54　1521　2025年1月28日
出版者・発行元： Royal Society of Chemistry (RSC)
DOI： 10.1039/d4dt03214d 　

ISSN：1477-9226

eISSN：1477-9234

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Rocksalt-type heavy rare earth monoxides REOs (RE = Tb, Dy, Er) were synthesized as single phase epitaxial thin films for the first time. They exhibited metallic electronic states and a much higher T_C than the corresponding rare earth nitrides.
Surface terminations control charge transfer from bulk to surface states in topological insulators 国際誌査読有り

K. Fukumoto, S. Lee, S. Adachi, Y. Suzuki, K. Kusakabe, R. Yamamoto, M. Kitatani, K. Ishida, Y. Nakagawa, M. Merkel, D. Shiga, H. Kumigashira

Sci. Rep.　14　10537　2024年5月8日
出版者・発行元： Springer Science and Business Media LLC
DOI： 10.1038/s41598-024-61172-6 　

eISSN：2045-2322

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Abstract Topological insulators (TI) hold significant potential for various electronic and optoelectronic devices that rely on the Dirac surface state (DSS), including spintronic and thermoelectric devices, as well as terahertz detectors. The behavior of electrons within the DSS plays a pivotal role in the performance of such devices. It is expected that DSS appear on a surface of three dimensional(3D) TI by mechanical exfoliation. However, it is not always the case that the surface terminating atomic configuration and corresponding band structures are homogeneous. In order to investigate the impact of surface terminating atomic configurations on electron dynamics, we meticulously examined the electron dynamics at the exfoliated surface of a crystalline 3D TI (Bi$$_2$$Se$$_3$$) with time, space, and energy resolutions. Based on our comprehensive band structure calculations, we found that on one of the Se-terminated surfaces, DSS is located within the bulk band gap, with no other surface states manifesting within this region. On this particular surface, photoexcited electrons within the conduction band effectively relax towards DSS and tend to linger at the Dirac point for extended periods of time. It is worth emphasizing that these distinct characteristics of DSS are exclusively observed on this particular surface.
Electronic Properties of Chiral IrGe₄ Studied by Angle Resolved Photoemission Spectroscopy and Band Structure Calculation 国際誌査読有り

G. Hayashi, T. Shimaiwa, M. Okawa, N. Nakamura, R. Higashinaka, T. D. Matsuda, Y. Aoki, M. Kitamura, D. Shiga, H. Kumigashira, M. Kopciuszynski, A. Barinov, N. L. Saini, T. Mizokawa

J. Phys. Soc. Jpn.　93　014702　2024年1月12日
出版者・発行元： Physical Society of Japan
DOI： 10.7566/jpsj.93.014702 　

ISSN：0031-9015

eISSN：1347-4073
Large Perpendicular Magnetic Anisotropy Induced by an Intersite Charge Transfer in Strained EuVO2H Films 国際誌査読有り

M. Namba, H. Takatsu, R. Mikita, Y. Sijia, K. Murayama, H.-B. Li, R. Terada, C. Tassel, H. Ubukata, M. Ochi, R. Saez-Puche, E. P. Latasa, N. Ishimatsu, D. Shiga, H. Kumigashira, K. Kinjo, S. Kitagawa, K. Ishida, T. Terashima, K. Fujita, T. Mashiko, K. Yanagisawa, K. Kimoto, H. Kageyama

J. Am. Chem. Soc.　145　21807　2023年9月28日
出版者・発行元： American Chemical Society (ACS)
DOI： 10.1021/jacs.3c04521 　

ISSN：0002-7863

eISSN：1520-5126
Thickness-dependent magnetotransport properties of rocksalt NdO epitaxial thin films: observation of a ferromagnetic phase far above the Curie temperature 国際誌査読有り

D. Saito, D. Oka, K. Kaminaga, M. Kitamura, D. Shiga, H. Kumigashira, T. Fukumura

J. Mater. Chem. C　11　12400　2023年8月22日
出版者・発行元： Royal Society of Chemistry (RSC)
DOI： 10.1039/d3tc02478d 　

ISSN：2050-7526

eISSN：2050-7534

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A weak ferromagnetic phase was observed far above the T_C in NdO thin film.
Electronic structure reconstruction by trimer formation in CsW2O6 studied by x-ray photoelectron spectroscopy 国際誌査読有り

R. Nakamura, D. Takegami, A. Melendez-Sans, L. H. Tjeng, M. Okawa, T. Miyoshino, N. L. Saini, M. Kitamura, D. Shiga, H. Kumigashira, M. Yoshimura, K.-D. Tsuei, Y. Okamoto, T. Mizokawa

Phys. Rev. B　106　195104　2022年11月2日
出版者・発行元： American Physical Society (APS)
DOI： 10.1103/physrevb.106.195104 　

ISSN：2469-9950

eISSN：2469-9969
Rocksalt CeO epitaxial thin film as a heavy-fermion system transiting from p-type metal to partially compensated n-type metal by 4f delocalization 査読有り

N. Abe, D. Oka, K. Kaminaga, D. Shiga, D. Saito, T. Yamamoto, N. Kimura, H. Kumigashira, T. Fukumura

Phys. Rev. B　106　125106　2022年9月6日
出版者・発行元： American Physical Society (APS)
DOI： 10.1103/physrevb.106.125106 　

ISSN：2469-9950

eISSN：2469-9969
Surface proton conduction below 100°C of Ce_0.80Sm_0.20O_2-δ thin film with oxygen vacancies 査読有り

G. Notake, D. Nishioka, H. Murasawa, M. Takayanagi, Y. Fukushima, H. Ito, T. Takada, D. Shiga, M. Kitamura, H. Kumigashira, T. Higuchi

Jpn. J. Appl. Phys.　61　SD1017　2022年4月20日
出版者・発行元： IOP Publishing
DOI： 10.35848/1347-4065/ac4feb 　

ISSN：0021-4922

eISSN：1347-4065
Rocksalt-type PrO epitaxial thin film as a weak ferromagnetic Kondo lattice 査読有り

H. Shimizu, D. Oka, K. Kaminaga, D. Saito, T. Yamamoto, N. Abe, N. Kimura, D. Shiga, H. Kumigashira, T. Fukumura

Phys. Rev. B　105　014442　2022年1月31日
出版者・発行元： American Physical Society (APS)
DOI： 10.1103/physrevb.105.014442 　

ISSN：2469-9950

eISSN：2469-9969
Room-Temperature Preparation of Ta Ions-Containing Ionic Liquid and its Vapor Deposition toward Ta-Oxide Film Coating 査読有り

N. Hozuki, K. Kaminaga, S. Maruyama, D. Shiga, H. Kumigashira, H. Takato, M. Kondo, Y. Matsumoto

J. Electrochem. Soc.　169　013504　2022年1月27日
出版者・発行元： The Electrochemical Society
DOI： 10.1149/1945-7111/ac48c5 　

ISSN：0013-4651

eISSN：1945-7111

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<title>Abstract</title> Ta ions-containing solutions, which are brown in color with no precipitation, were successfully prepared through an electroelution process with ionic liquid (IL). An as-delivered Ta metal plate covered with a passivation oxide film could be easily eluted even at room temperature by simply applying an anodic potential of, e.g. +2.2 V vs. Ag in [Bmim][PF6] IL. According to the quantity of electric charge required for oxidation of Ta, most Ta ions in the IL were suggested to be in an oxidation state of +5, which was also confirmed by x-ray photoemission spectroscopy (XPS). Ta ions in IL were found to thermally evaporate together with IL molecules by heating in a vacuum, forming a deposit of the Ta ions-containing IL on a substrate. The Ta concentrations in the deposits were reduced uniquely by about one order of magnitude from those in the original bulk source through the evaporation process under the present conditions. Furthermore, a possibility of the formation of thin film-like Ta oxide from such a Ta ions-containing IL deposit and its bulk droplet prepared on substrates by annealing in air at 1000oC will be discussed.
Surface Electron–Ion Mixed Conduction of BaTiO3−δ Thin Film with Oxygen Vacancies 査読有り

T. Takada, T. Fujita, T. Imagawa, E. Yamamoto, J. Kano, D. Shiga, K. Horiba, H. Kumigashira, T. Higuchi

J. Phys. Soc. Jpn.　90　(1)　014707　2021年1月15日
出版者・発行元： Physical Society of Japan
DOI： 10.7566/jpsj.90.014707 　

ISSN：0031-9015

eISSN：1347-4073
Molecular beam epitaxy growth of the highly conductive oxide SrMoO3 査読有り

H. Takatsu, N. Yamashina, D. Shiga, R. Yukawa, K. Horiba, H. Kumigashira, T. Terashima, H. Kageyama

J. Cryst. Growth　543　125685　2020年8月
出版者・発行元： Elsevier BV
DOI： 10.1016/j.jcrysgro.2020.125685 　

ISSN：0022-0248
Insulator-to-Metal Transition of Cr2O3 Thin Films via Isovalent Ru3+ Substitution 査読有り

K. Fujiwara, M. Kitamura, D. Shiga, Y. Niwa, K. Horiba, T. Nojima, H. Ohta, H. Kumigashira, A. Tsukazaki

Chem. Mater.　32　5272　2020年6月23日
出版者・発行元： American Chemical Society (ACS)
DOI： 10.1021/acs.chemmater.0c01497 　

ISSN：0897-4756

eISSN：1520-5002
Electronic structure of a (3×3)-ordered silicon layer on Al(111) 査読有り

Y. Sato, Y. Fukaya, M. Cameau, A. K. Kundu, D. Shiga, R. Yukawa, K. Horiba, C.-H. Chen, A. Huang, H.-T. Jeng, T. Ozaki, H. Kumigashira, M. Niibe, I. Matsuda

Phys. Rev. Mater.　4　(6)　064005　2020年6月15日
出版者・発行元： American Physical Society (APS)
DOI： 10.1103/physrevmaterials.4.064005 　

eISSN：2475-9953
Relationship between charge redistribution and ferromagnetism at the heterointerface between the perovskite oxides LaNiO3 and LaMnO3 査読有り

M. Kitamura, M. Kobayashi, E. Sakai, M. Minohara, R. Yukawa, D. Shiga, K. Amemiya, Y. Nonaka, G. Shibata, A. Fujimori, H. Fujioka, K. Horiba, H. Kumigashira

Phys. Rev. B　100　245132　2019年12月19日
出版者・発行元： American Physical Society (APS)
DOI： 10.1103/physrevb.100.245132 　

ISSN：2469-9950

eISSN：2469-9969
Control of two-dimensional electronic states at anatase TiO2(001) surface by K adsorption 査読有り

R. Yukawa, M. Minohara, D. Shiga, M. Kitamura, T. Mitsuhashi, M. Kobayashi, K. Horiba, H. Kumigashira

Phys. Rev. B　97　165428　2018年4月23日
出版者・発行元： American Physical Society (APS)
DOI： 10.1103/physrevb.97.165428 　

ISSN：2469-9950

eISSN：2469-9969

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MISC 9

放射光電子分光を用いた強相関透明素子の電子状態に関する研究

神田龍彦, 志賀大亮, 湯川龍, 北村未歩, 堀場弘司, 吉松公平, 組頭広志

PF News　42　(3)　21　2024年11月
Thickness Dependence of Electronic and Crystal Structures in VO2 Ultrathin Films

D. Shiga, B. E. Yang, N. Hasegawa, T. Kanda, R. Tokunaga, K. Yoshimatsu, R. Yukawa, M. Kitamura, K. Horiba, H. Kumigashira

PF Highlights '20　16　2021年11月
バナジウム酸化物デバイス界面に出現する新たな電子相に関する研究

志賀大亮, 簔原誠人, 吉松公平, 湯川龍, 北村未歩, 堀場弘司, 組頭広志

PF News　39　(2)　20　2021年8月
VO2極薄膜における電子・結晶構造の膜厚依存性

志賀大亮, 楊以理, 長谷川直人, 神田龍彦, 德永凌祐, 吉松公平, 湯川龍, 北村未歩, 堀場弘司, 組頭広志

放射光　34　(2)　86　2021年3月
Emergence of metallic monoclinic states in electron-doped VO2 films

D. Shiga, H. Kumigashira

'2019 at KEK: Annual Report'　58　2020年12月
Emergence of Metallic Monoclinic States of Electron-Doped VO2 Films

D. Shiga, M. Minohara, M. Kitamura, R. Yukawa, K. Horiba, H. Kumigashira

PF Highlights '18　18　2019年10月
K蒸着によるVO2薄膜の金属–絶縁体転移制御: III. 単斜晶系金属相の出現

志賀大亮, 簔原誠人, 北村未歩, 湯川龍, 堀場弘司, 組頭広志

Photon Factory Activity Report　36　36　2019年4月
K蒸着によるVO2薄膜の金属–絶縁体転移制御II

志賀大亮, 簔原誠人, 北村未歩, 湯川龍, 堀場弘司, 組頭広志

Photon Factory Activity Report　35　65　2018年5月
K蒸着によるVO2薄膜の金属絶縁体転移制御

志賀大亮, 簔原誠人, 北村未歩, 湯川龍, 三橋太一, 堀場弘司, 組頭広志

Photon Factory Activity Report　34　86　2017年6月

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講演・口頭発表等 36

Layer-Selective Observation of Collective Phase Transition in VO2-Based Heterostructures by in situ Photoemission Spectroscopy (to be presented in Dec. 2025) 国際会議

D. Shiga, S. Inoue, T. Kanda, N. Hasegawa, M. Kitamura, K. Horiba, K. Yoshimatsu, A. F. Santander-Syro, H. Kumigashira

Materials Research Meeting '25　2025年12月11日
光電子分光によるバナジウム酸化物二層構造の電子相転移に関する研究招待有り

志賀大亮

ナノテラスARPES若手シンポジウム　2025年3月21日
放射光光電子光による(CrxV1−x)2O3エピタキシャル薄膜の電子状態

志賀大亮, 西翔平, 井上晴太郎, T. Tirasutt, 早坂亮太朗, 渡邉颯彦, 小澤健一, 吉松公平, 組頭広志

第38回日本放射光学会年会・放射光科学合同シンポジウム　2025年1月11日
Photoemission Study on VO2-Based Bilayer Structures 招待有り

D. Shiga

Joint Meeting of the Tohoku Area Chemistry Societies　2024年9月14日

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会議名: 令和６年度化学系学協会東北大会主催: 日本化学会東北支部共催: 日本分光学会東北支部依頼講演@コロキウム（物理化学）講演番号: 14G2
Photoemission Study on VO2/V1−xWxO2 Bilayer Structures 国際会議

D. Shiga, S. Inoue, T. Kanda, N. Hasegawa, M. Kitamura, K. Horiba, K. Yoshimatsu, H. Kumigashira

The 10th International Symposium on Functional Materials　2024年8月3日

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P1-12
Electronic Structure of Hole-Doped CrxV1−xO2 Epitaxial Films Studied by in situ Photoemission Spectroscopy 国際会議

D. Shiga, X. Cheng, T. T. Kim, T. Kanda, N. Hasegawa, M. Kitamura, K. Yoshimatsu, H. Kumigashira

The International Conference on the Science and Technology for Advanced Ceramics and Data Driven Materials Research for Electronics　2024年2月29日

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The International Conference on the Science and Technology for Advanced Ceramics (STAC) - Data Driven Materials Research for Electronics (D2MatE)
その場放射光電子分光によるCrドープVO2エピタキシャル薄膜の電子相図

志賀大亮, 程详遴, 金兌炫, 神田龍彦, 長谷川直人, 北村未歩, 吉松公平, 組頭広志

第70回応用物理学会春季学術講演会　2023年3月15日
VO2極薄膜における電子・結晶構造の膜厚依存性: 協調的モット-パイエルス転移の抑制招待有り

志賀大亮, 楊以理, 長谷川直人, 神田龍彦, 德永凌祐, 吉松公平, 湯川龍, 北村未歩, 堀場弘司, 組頭広志

第69回応用物理学会春季学術講演会　2022年3月23日
放射光光電子光による(CrxV1−x)2O3エピタキシャル薄膜の電子状態

志賀大亮, 西翔平, 井上晴太郎, T. Tirasutt, 早坂亮太朗, 渡邉颯彦, 小澤健一, 吉松公平, 組頭広志

2024年度量子ビームサイエンスフェスタ　2025年3月13日
Electronic Structure of Hole-Doped CrxV1−xO2 Epitaxial Films Studied by in situ Photoemission Spectroscopy 国際会議

D. Shiga, X. Cheng, T. T. Kim, T. Kanda, N. Hasegawa, M. Kitamura, K. Yoshimatsu, H. Kumigashira

The 7th Symposium for The Core Research Clusters for Materials Science and Spintronics　2023年11月28日
Electronic Structure of Hole-Doped CrxV1−xO2 Epitaxial Films Studied by in situ Photoemission Spectroscopy 国際会議

D. Shiga, X. Cheng, T. T. Kim, T. Kanda, N. Hasegawa, M. Kitamura, K. Yoshimatsu, H. Kumigashira

29th International Workshop on Oxide Electronics　2023年10月16日
放射光電子分光によるCrxV1−xO2エピタキシャル薄膜の電子状態

志賀大亮, 程详遴, 金兌炫, 神田龍彦, 長谷川直人, 北村未歩, 吉松公平, 組頭広志

第83回応用物理学会秋季学術講演会　2022年9月21日
Thickness Dependence of Electronic and Crystal Structures in VO2 Ultrathin Films

D. Shiga, B. E. Yang, N. Hasegawa, T. Kanda, R. Tokunaga, K. Yoshimatsu, R. Yukawa, M. Kitamura, K. Horiba, H. Kumigashira

Materials Research Meeting '21　2021年12月15日
Novel electronic phase emerging at VO2 device interface 招待有り

Daisuke SHIGA

4th Jt. Symp. Taipei Tech–Tohoku Univ.　2021年11月30日
VO2/W:VO2ヘテロ構造における電子相転移の直接観測

志賀大亮, 神田龍彦, 長谷川直人, 北村未歩, 堀場弘司, 吉松公平, 組頭広志

第82回応用物理学会秋季学術講演会　2021年9月12日
バナジウム酸化物デバイス界面に出現する新たな電子相の解明と制御

志賀大亮, 楊以理, 長谷川直人, 神田龍彦, 德永凌祐, 吉松公平, 湯川龍, 北村未歩, 堀場弘司, 組頭広志

2020年度量子ビームサイエンスフェスタ　2021年3月10日
VO2極薄膜における電子・結晶構造の膜厚依存性

志賀大亮, 楊以理, 長谷川直人, 神田龍彦, 德永凌祐, 吉松公平, 湯川龍, 北村未歩, 堀場弘司, 組頭広志

第34回日本放射光学会・放射光科学合同シンポジウム　2021年1月9日
Thickness dependence of electronic and crystal structures in VO2 ultrathin films

D. Shiga

3rd Jt. Symp. Taipei Tech–Tohoku Univ.　2020年11月30日
Thickness dependence of electronic and crystal structures in VO2 ultrathin films

D. Shiga

7th KEK Student Day　2020年11月17日
VO2極薄膜における電子・結晶構造の膜厚依存性

志賀大亮, 楊以理, 長谷川直人, 神田龍彦, 德永凌祐, 吉松公平, 湯川龍, 北村未歩, 堀場弘司, 組頭広志

第81回応用物理学会秋季学術講演会　2020年9月8日
VO2極薄膜における電子・結晶構造の膜厚依存性招待有り

志賀大亮

第9回酸化物研究の新機軸に向けた学際討論会　2020年8月7日
バナジウム酸化物デバイス界面に出現する新たな電子相の解明と制御

志賀大亮, 楊以理, 長谷川直人, 神田龍彦, 德永凌祐, 北村未歩, 湯川龍, 吉松公平, 堀場弘司, 組頭広志

2019年度量子ビームサイエンスフェスタ　2020年3月14日
VO2/TiO2(001)極薄膜における電子状態の膜厚依存性

志賀大亮, 楊以理, 長谷川直人, 神田龍彦, 德永凌祐, 北村未歩, 湯川龍, 吉松公平, 堀場弘司, 組頭広志

第67回応用物理学会春季学術講演会　2020年2月28日
Emergence of Metallic Monoclinic States of Electron-Doped VO2 Films

D. Shiga, M. Minohara, M. Kitamura, R. Yukawa, K. Horiba, H. Kumigashira

The 3rd Symposium for The Core Research Clusters for Materials Science and Spintronics　2020年2月10日
Emergence of Metallic Monoclinic States of VO2 Films Induced by K Deposition

D. SHiga, M. Minohara, M. Kitamura, R. Yukawa, K. Horiba, H. Kumigashira

6th KEK Student Day　2019年11月12日
Emergence of Metallic Monoclinic States of VO2 Films Induced by K Deposition

D. Shiga, M. Minohara, M. Kitamura, R. Yukawa, K. Horiba, H. Kumigashira

26th International Workshop on Oxide Electronics　2019年9月30日
Emergence of Metallic Monoclinic States of VO2 Films Induced by K Deposition

D. Shiga, M. Minohara, M. Kitamura, R. Yukawa, K. Horiba, H. Kumigashira

The 40th International Conference on Vacuum Ultraviolet and X-ray Physics　2019年7月2日
K蒸着したVO2薄膜における単斜晶系金属相の出現

志賀大亮, 簔原誠人, 北村未歩, 湯川龍, 堀場弘司, 組頭広志

第66回応用物理学会春季学術講演会　2019年3月10日
Control of the Metal–Insulator Transition in VO2 Thin Films by K Deposition. II. Detailed Temperature Dependence

D. Shiga, M. Minohara, M. Kitamura, R. Yukawa, K. Horiba, H. Kumigashira

5th KEK Student Day　2018年11月13日
Control of the Metal–Insulator Transition in VO2 Thin Films by K Deposition

D. Shiga, M. Minohara, M. Kitamura, R. Yukawa, K. Horiba, H. Kumigashira

14th Int. Conf. Atom. Control. Surf. Interface and Nanostruct.　2018年10月23日
K蒸着によるVO2薄膜の金属–絶縁体転移制御

志賀大亮, 簔原誠人, 北村未歩, 湯川龍, 三橋太一, 堀場弘司, 組頭広志

第65回応用物理学会春季学術講演会　2018年3月20日
K蒸着によるVO2薄膜の金属–絶縁体転移制御

志賀大亮, 簔原誠人, 北村未歩, 湯川龍, 三橋太一, 堀場弘司, 組頭広志

2017年度量子ビームサイエンスフェスタ　2018年3月3日
K蒸着によるVO2薄膜の金属絶縁体転移制御

志賀大亮, 簔原誠人, 北村未歩, 湯川龍, 三橋太一, 堀場弘司, 組頭広志

第31回日本放射光学会・放射光科学合同シンポジウム　2018年1月10日
Control of the metal-insulator transition in VO2 thin films by K deposition

D. Shiga, M. Minohara, M. Kitamura, R. Yukawa, T. Mitsuhashi, K. Horiba, H. Kumigashira

4th KEK Student Day　2017年10月24日
Control of the metal-insulator transition in VO2 thin films by K deposition

D. Shiga, M. Minohara, M. Kitamura, R. Yukawa, T. Mitsuhashi, K. Horiba, H. Kumigashira

24th International Workshop on Oxide Electronics　2017年9月26日
K蒸着によるVO2薄膜の金属絶縁体転移制御

志賀大亮, 簔原誠人, 三橋太一, 北村未歩, 湯川龍, 堀場弘司, 組頭広志

日本物理学会第72回年次大会　2017年3月19日

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共同研究・競争的資金等の研究課題 2

強相関酸化物界面設計に基づく電子・結晶構造相転移の独立制御

志賀大亮

2023年4月～ 2026年3月
強相関酸化物素子界面に誘起される集団的電子相転移の機構解明競争的資金

志賀大亮

提供機関：Japan Society for the Promotion of Science (JSPS)

制度名：Grants-in-Aid for Scientific Research

研究種目：Grant-in-Aid for Research Activity Start-up

研究機関：Tohoku University

2021年8月～ 2024年3月

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本研究では、局所的なキャリア濃度変調を施したVO2多層ヘテロ構造の接合界面に誘起される特異なモット転移に伴う電子構造変化を放射光電子分光により直接決定し、素子動作の物理的機構を解明することを目的とする。本質的な情報を得るために、全実験行程を超高真空下で実施可能な「その場放射光電子分光+レーザー分子線エピタキシ」複合装置を用いる。初年度はV4+→W6+化学置換により電子ドープを施したW:VO2/VO2(001)ヘテロ界面、及びその天地反転構造に誘起されるモット転移に伴う電子構造変化、及びその実空間プロファイルを調べた。軟X線電子分光による電子構造局所解析の結果、VO2/W:VO2ヘテロ構造のVO2層では、電子相転移が隣接するW:VO2のものとカップルし、中間電子相の発現を伴うことなく単斜晶系絶縁体-ルチル型金属相転移が誘起されることが明らかになった。この相転移温度近傍を詳細に調べた結果、極小温度窓において、(001)面内に広がる数百マイクロメートルスケールの電子相ドメインが観測された。これらの結果は、VO2/電子ドープVO2二層構造において“構造相境界”が観測結果として示される別のモデルとして、“面内に広がる電子相分離現象を平均情報（実験データの線型結合）として捕捉した可能性”を示唆するものである。また並行して、Cr3+置換によりホールドープしたVO2ヘテロ構造を作製し、輸送特性評価に基づく電子相図（ホールドープ側）作成にも着手した。

担当経験のある科目(授業) 4

Basic Experiments in Chemistry　AMC Course, Tohoku Univ.
Exercises in Physical Chemistry A　AMC Course, Tohoku Univ.
Laboratory Experiments in Chemistry B　AMC Course, Tohoku Univ. 学部専門科目
Exercises in Physical Chemistry B　AMC Course, Tohoku Univ. 学部専門科目

社会貢献活動 1

東北大学大学院理学研究科オンライン合同入試説明会2021

2021年4月30日～

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博士課程で身につく力ー博士進学のキャリア形成上の意義ー

メディア報道 3

東北大と高エネ研、ナノ構造内における強相関電子の量子化条件の特定に成功

日本経済新聞

2023年5月

メディア報道種別: 新聞・雑誌

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エネルギーが連続的なアナログ値から離散的なデジタル値になる量子化は、現代のナノテクノロジーの基本となる現象です。近年、強い電子相関をもつ酸化物においても量子化現象が観測され、この現象を利用した新しい量子物質や量子デバイス創成が期待されています。しかしながら、酸化物中の強相関電子と呼ばれる強く相互作用した電子が量子化するための条件がわかっていませんでした。酸化物の類い希な機能を用いたモットトランジスタなどの設計において、このことが大きな障害となっていました。東北大学多元物質科学研究所の神田龍彦大学院生、志賀大亮助教、吉松公平准教授、組頭広志教授らの研究グループは、高エネルギー加速器研究機構物質構造科学研究所の北村未歩助教（現在は量子科学技術研究開発機構）と共同で、高輝度放射光を用いた角度分解光電子分光という手法を用いて、酸化物における量子化条件を決定することに成功しました。
東北大と高エネ研、共鳴トンネル効果を用いたモットトランジスタの原理検証に成功

日本経済新聞

2021年12月

メディア報道種別: 新聞・雑誌

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モットトランジスタは、高性能で消費電力の低いトランジスタが実現できることから、次世代デバイスの有力候補として盛んに研究されています。モットトランジスタでは、モット絶縁体における電気を流さない「電子固体」と電気を流す「電子液体」間の電子相転移（モット転移）を利用してOn/Offを切り替えます。しかし、モットトランジスタにおいては、従来広く用いられてきた電界効果型トランジスタ構造ではさまざまな原理的な問題がありました。東北大学多元物質科学研究所の組頭広志教授らの研究グループは、高エネルギー加速器研究機構物質構造科学研究所の湯川龍特任助教（現:大阪大学大学院工学研究科助教）らと共同で、量子井戸間の共鳴トンネル効果を利用した新しい原理で動作するモットトランジスタを開発しました。
東北大と高エネ研、二酸化バナジウムのナノ構造において量子サイズ効果により新しい電子相が生じることを発見

日本経済新聞

2020年9月

メディア報道種別: 新聞・雑誌

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二酸化バナジウム（VO2）は室温付近で巨大な金属・絶縁体転移を示すことから、次世代デバイス材料として盛んに研究されている機能性酸化物の一つです。しかし、VO2の示す金属・絶縁体転移においては、デバイス設計に必須となるナノ領域における振る舞いはよく分かっていませんでした。東北大学多元物質科学研究所の志賀大亮大学院生、吉松公平講師、組頭広志教授らの研究グループは、高エネルギー加速器研究機構物質構造科学研究所の北村未歩助教、堀場弘司准教授等と共同で、VO2をナノレベルまで薄くすると従来とは異なる新しい電子相が現れることを明らかにしました。