【研究分野】応用物性

【研究領域課題番号】17K14105 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

遷移金属酸化物 / エピタキシャル薄膜 / 磁気異方性 / 結晶構造 / ペロブスカイト / エピタキシャル歪み / エピタキシャル / 酸化物 / 正方晶歪み / 薄膜 / 圧電体

【研究成果の概要】

本研究では、大きな圧縮歪を与えることで結晶構造の大きな変化が期待できるSr1-xBaxVO3系薄膜のパルスレーザー堆積法による物性評価を行った。Ba置換量の増加につれ面直・面内格子定数比が伸びるとともに絶縁体化することを確認した。巨大正方晶相を示唆する第二次高調波発生のシグナルは観測できなかったが、薄膜方向の体積が十分でないためと思われる。また、大きな圧縮歪みを印加できる機能性薄膜として四重ペロブスカイトCeCu3Mn4O12薄膜の合成と機能探索を行った。その結果、四重ペロブスカイトでは初めて圧縮・引張り歪における磁気異方性の制御を達成した。

【研究の社会的意義】

本研究計画では、 パルスレーザー堆積法の長所を利用した新たな結晶構造の合成に至った。
特に、四重ペロブスカイト酸化物の薄膜育成手法が確立したことで、巨大常誘電性や電荷移動、負熱膨張特性や触媒機能、ハーフメタル特性を持つ類似物質の大面積合成が可能となると期待される。また、格子定数の小さい化合物の層を挿入することで垂直磁化を実現する手法も、他の強磁性薄膜に応用可能と期待される。

【研究種目】若手研究(B)

【研究期間】2017-04-01 - 2020-03-31

【配分額】4,420千円 (直接経費: 3,400千円、間接経費: 1,020千円)

【研究分野】触媒・資源化学プロセス

【研究領域課題番号】17656260 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

ゼオライト / 単結晶 / 薄膜 / 核発生 / 結晶成長 / ホスト / ゲスト / エピタキシャル

【研究成果の概要】

分子サイズの空間を有するゼオライトは触媒、吸着剤として幅広く実用化されており、その薄膜も分子認識機能を有するセンサーや分離膜としての利用に期待が集まっている。一方で、マイクロ多孔性材料は、さまざまなナノ構造を作製する上での「ホスト」・「鋳型」として利用することに期待されている。これらを達成するためには、従来の多結晶の薄膜ではなく、粒界が存在せずに、細孔が特定の報告に完全に配向した単結晶薄膜の創出が不可欠である。本研究においては、既に実用化されているセンチメーターレベルの単結晶基板を用い、ゼオライト及びその類縁物質の単結晶薄膜を合成すること並びにこれらをホストとしてナノ構造体を創出することを目指す。初年度は格子の整合する基板の利用や基板表面への構造規剤分子の固定を検討したが、いずれも目的とするゼイライト薄膜の製膜に到らなかった。
そこで本年度は以下の2つの方法で検討を進めた。そこで本年度は、まずゲル中での結晶核生成前後のナノ粒子の配向付着の可能性を検討した。様々なサイズのパターンを有する基板表面で核生成をさせることで、核の配向付着の可能性を探ったが、必ずしもパターンの構造が薄膜の構造を支配するには到らなかった。
そこで、基板そのものをゼオライトに転換する方法を開発し、パターン化した基板をゼオライトに転換することで、核の配向を制御することを考えた。シリコンウェファーを素材とし、その表面にテトラプロピルアンモニウム水酸化物(TPAOH)をコーティング、乾燥後、水蒸気下で処理することで、シリコンをSi-ZSM-5に転換することに成功した。パターン化処理を施していないSiに対しては、面外にb軸配向した薄膜を合成することに成功した。現在パターン化し表面での検討を行っている段階である。同法で配向核を形成し、それをエピタキシャル成長させることで目的とする構造を形成できるものと考えている。

【研究種目】萌芽研究

【研究期間】2005 - 2007

【配分額】3,400千円 (直接経費: 3,400千円)

【研究分野】無機材料・物性

【研究領域課題番号】15656155 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

強誘電体 / 強磁性体 / 薄膜 / マルチフェロイック / 磁歪 / 分極 / 積層薄膜 / エピタキシャル / シリコン / 直交 / 相互作用

【研究成果の概要】

強誘電性と強磁性の相互作用としてこれまで知られている現象として磁気電気効果(M-E効果)をあげることができる。このように、強誘電性と強磁性を組み合わせると、新たな現象や物性を見いだせる可能性が高く、実際学会でも急速に「マルチフェロイック」というコンセプトの発表は多く、盛り上がりつつある。申請者らは強誘電体と強磁性体の組み合わせを薄膜技術を用いてその相互作用を検討した。
強誘電体/強磁性体の積層薄膜に対して申請者が期待している相互作用は、外部磁場により強磁性体に磁歪を与え、その磁歪による歪みを強誘電体に作用させることにより、強誘電性に変調を与えるものである。本年度は強誘電体としてはチタン酸ジルコン酸鉛(PZT)を、強磁性体として超磁歪材料であるTerfenol-Dを用いて、シリコン基板上にPZT/Pt/Terfenol-D/Si積層薄膜をRFマグネトロンスパッタリング法とPLD法を組み合わせて作製した。磁歪の大きさは自作のレーザー変位システムで測定し、in-situ磁場の印加による磁歪の変化を測定した。また、作製した積層薄膜についてPZTの強誘電性ヒステリシスループを外部磁場を変化させながら測定した。その結果、電界強度が小さいマイナーループの際に磁歪の効果は大きく現れて分極は向上することが明らかになった。しかしながら、電界強度が高く、強誘電体が飽和する場合には外部磁場による影響はほとんど観測されないことも見いだされた。このように、磁歪による強誘電性の変調は特にP-Eヒステリシスがマイナーループの場合に明瞭に観測されることが明らかになった。

【研究種目】萌芽研究

【研究期間】2003 - 2004

【配分額】3,500千円 (直接経費: 3,500千円)