【研究領域課題番号】22K20427 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

強誘電体 / 薄膜 / 積層構造

【研究種目】研究活動スタート支援

【研究期間】2022-08-31 - 2024-03-31

【配分額】2,860千円 (直接経費: 2,200千円、間接経費: 660千円)

【研究分野】無機材料・物性

【研究領域課題番号】15K18212 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

ferroelectrics / thin films / epitaxial strain / tetrahedral / ferroelectric / polarization switching / 強誘電体 / 薄膜 / 歪み / 四面体構造 / 分極反転

【研究成果の概要】

本研究は四面体構造および四面体/八面体ハイブリット構造を有する新規強誘電体の開発およびその強誘電性を実証することを目的とした。実験および第一原理計算の結果より、ウルツアイト型の四面体基強誘電体は分極反転に0.25eVの反転エネルギーを必要とする事が分かった。またハイブリット構造においては、k-Al2O3型構造をモデルとして適応し、反転エネルギーは0.1eVで実験的に分極反転を確認することができた。

【研究種目】若手研究(B)

【研究期間】2015-04-01 - 2017-03-31

【配分額】4,030千円 (直接経費: 3,100千円、間接経費: 930千円)

【研究分野】無機材料・物性

【研究領域課題番号】25889025 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

相転移 / 強誘電体 / 圧電体 / ドメイン / コンビナトリアル / 薄膜

【研究成果の概要】

相境界付近におけるドメイン等の挙動を詳細に調査することによって、巨大圧電性発現機構を理解できると考え、本研究では強誘電体-強誘電体相境界付近のドメイン構造を詳しく調査した。通常の強誘電体-強誘電体相境界と比較した結果、反強誘電体を用いた方がより大きな圧電性を示すが、そのドメインを動かすドライビングフォースはより大きなものが必要であることが分かった。

【研究種目】研究活動スタート支援

【研究期間】2013-08-30 - 2015-03-31

【配分額】2,730千円 (直接経費: 2,100千円、間接経費: 630千円)

【研究分野】物性Ⅰ

【研究領域課題番号】23540379 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

強誘電体 / マルチフェロ物質 / 強弾性体 / SHG顕微鏡 / 薄膜 / 希土類フェライト / 錫ペロブスカイト酸化物 / チタン酸カルシウム / ドメイン / ドメイン境界 / 国際情報交流、フランス / 国際情報交流、イギリス / 国際情報交流、アメリカ

【研究成果の概要】

本研究のもとで次の３つの主要な成果をあげる事ができた。（１）PLD法でイッテルビウムフェライトのエピタキシャル薄膜を作成し、それがマルチフェロイック特性を示す事を初めて明らかにした。この結果はJ.Phys.Soc.Jpn.誌に掲載された(2012)。（２）PLD法で２価の錫を含むペロブスカイト酸化物を作成することに成功し、その強誘電特性をSHG顕微鏡、誘電率測定、TEM，ピエゾ走査顕微鏡で明らかにした。（３）非極性であるチタン酸カルシウムの強弾性ツイン境界が極性を示す事をSHG顕微鏡による３次元非破壊観察により初めて明らかにした。この結果はPhy.Rev.B誌に掲載された(2014)。

【研究種目】基盤研究(C)

【研究期間】2011 - 2013

【配分額】5,200千円 (直接経費: 4,000千円、間接経費: 1,200千円)

【研究分野】電子・電気材料工学

【研究領域課題番号】21360150 (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 / マルチフェロイック / 薄膜 / レーザアブレーション / 磁場 / 強誘電性 / 強磁性 / 物性実験 / 電子・電気材料 / 結晶成長 / 磁性 / 誘電物性

【研究成果の概要】

マルチッフェロイックBiFeO_3は室温で大きな誘電ヒステリシス持つが、反強磁性のため磁化ヒステリシスは小さく、磁気電気効果も非常に小さい。そこで、BiFeO_3やFeを金属Mで置換したBiFe_<1-x> M_xO_3を磁場印加してレーザアブレーションにより薄膜化したり、磁場下での熱処理により、強誘電性を保ちつつ、異種元素のスピンを反平行整列、欠陥生成や微小組織構造により、磁性を大きくして、磁気電気効果の増大を図る。

【研究種目】基盤研究(B)

【研究期間】2009 - 2011

【配分額】18,590千円 (直接経費: 14,300千円、間接経費: 4,290千円)

【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)

【研究分野】固体物性Ⅰ(光物性・半導体・誘電体)

【研究領域課題番号】14204031 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

リラクサー / 強誘電体 / モルフォトロピック相境界 / 薄膜 / 酸化物 / パルスレーザー成膜(PLD) / 複合ペロブスカイト酸化物 / 強誘電体薄膜 / レーザーデポジション成膜装置 / 圧電性 / 誘電率 / 量子常誘電体 / 強誘奄体薄膜

【研究成果の概要】

(1)PSN・PT超格子多層膜の構造と誘電特性
PLD法により世界で始めてPSNIPT超格子薄膜を作成することに成功した。構造はシングルステップのSrTiO3(STO)(001)基板の上に電極相として厚さ40nmのSrRuTiO3(SRO)を載せ、その上にPSN/PT超格子薄膜、さらにトップ電極としてAuを蒸着した。PSN/PT超格子は2種類を作成した。PSNx格子とPTy格子からなるN層の超格子膜を(PSNxPTy)Nと書くと、(PSN51PT39)10および(PSN20PT15)10である。これらの超格子膜の構造をX線回折法により詳細に調べたところX線超格子反射が明確に観測され、確かに超格子薄膜が作成されていることを確証した。これから超格子周期、相関距離を決定した。さらに室温で誘電測定を周波数10^2〜10^6Hzの範囲で行い、300〜350の実部誘電率を得た。
(2)ペロブスカイト酸化物薄膜の電気パルス誘起抵抗スイッチング効果
電気パルス誘起抵抗スイッチ効果が種々の遷移金属酸化物薄膜で普遍的に発現することを示しおり、個々の物質の電子構造には依存せず、結晶欠陥のような一般的な性質に起因することを突き止めた。

【研究種目】基盤研究(A)

【研究期間】2002 - 2005

【配分額】49,660千円 (直接経費: 38,200千円、間接経費: 11,460千円)