大阪大学の研究グループは，独自の精密加工技術を駆使することで，二酸化バナジウム（VO2）の金属ドメインをシリコン（Si）基板上に構築し，温度変化に応じて構造を変化させる「生きた電極」として働くデバイスの作製に成功した（ニュースリリース）。
近年，既存の材料に微細な金属構造を加えることで，材料特性の限界を超えた既存のダイオードより高性能な新しいデバイスが提案されている。研究グループは，このような新しい技術の基盤材料として，VO2に注目した。VO2は外部からの刺激で絶縁体から金属に変わる2面性を持つ材料で，この特性を利用して，スイッチやセンサーなど，さまざまな用途で用いられている。
今回，この相転移の際に，神経細胞のようにまるで「生きている」かのように発生する金属ドメインのネットワーク構造に注目。この構造は，メタマテリアルとしての機能を持ち，Siデバイスに組み込むことで電場の増強を生み出す。しかし，既存の方法でSi上に作成したVO2の金属ドメインの大きさは，メタマテリアルの機能を出すには小さすぎた。
従来の基板表面処理法である化学機械研磨法では，化学反応と機械研磨のバランスを取る必要があり，基板表面に微細な凹凸や損傷層が残る問題があった。これに対し，研究グループが開発した表面処理法は，触媒作用を持つ研磨板を用いることで，基板表面の凸部から優先的にエッチングが進み，粗さやダメージの全くない極めて平坦な表面を実現でき，薄膜の品質向上に貢献するという。
金属ドメインの大きさはVO2の品質が良いほど大きくなるため，従来の基板では数十nm程度だったVO2の金属ドメインのサイズの約10倍以上のサイズの金属ドメインをもつ高品質VO2の作製を可能とし，「生きた」電極を持つSiダイオードデバイス構造を実現した。
このデバイスでは，VO2電極がメタマテリアル構造として温度に応答し，変幻自在にその形状を変えることができる。したがって，ある条件下では電極間の距離が縮まり，外部から電圧を加えると局所的に電場が増強する。
そこで，DC電場に加えて新たにテラヘルツ（THz）光を照射した結果，VO2電極間のSi基板内でキャリアの増幅と電流生成が強く起こり，光検出機能を持つダイオード特性を実証した。
この研究は，VO2内の金属ドメインネットワークを調整することで機能を制御できるVO2/Siメタデバイスを実証した成果であり，光電子デバイスでのメタデバイス開発の第一歩といえるもの。研究グループは，高速かつ高感度な次世代デバイスの実現が期待される成果だとしている。
