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陽イオン比および面内歪制御に基づく新規強誘電体複合酸化物薄膜の開発

Research Project

Project/Area Number 11J06215
Research Category

Grant-in-Aid for JSPS Fellows

Allocation TypeSingle-year Grants
Section国内
Research Field Structural/Functional materials
Research InstitutionThe University of Tokyo

Principal Investigator

小林 俊介  東京大学, 大学院新領域創成科学研究科, 特別研究員(DC1)

Project Period (FY) 2011 – 2013
Project Status Completed (Fiscal Year 2013)
Budget Amount *help
¥1,900,000 (Direct Cost: ¥1,900,000)
Fiscal Year 2013: ¥600,000 (Direct Cost: ¥600,000)
Fiscal Year 2012: ¥600,000 (Direct Cost: ¥600,000)
Fiscal Year 2011: ¥700,000 (Direct Cost: ¥700,000)
Keywords強誘電体 / 不定比性 / 薄膜 / 透過型電子顕微鏡 / PLD / SrTiO_3 / SrTiO3
Research Abstract

次世代の不揮発性メモリの候補の一つとして、強誘電体薄膜を利用した強誘電体メモリの実用化が期待されている。本研究では全く新しい着想点から、PZT薄膜の自発分極を超える強誘電性を発現させる事を目的とする。本研究は常誘電体であるSrTiO_3 (STO)ホモエピタキシャル薄膜から陽イオン比の化学量論組成比からのずれに起因した強誘電特性を発現させ、さらに基板との格子不整合性による面内歪を利用する事で今までにない大きな自発分極の達成を目指した。最終年度として下記の項目を達成した。
1. STO薄膜中に陽イオンの組成比変化に起因した欠陥導入と制御を確立した。
2. 任意の欠陥構造を簿膜中に導入することにより電気伝導性の向上及び強誘電性の発現を達成した。
SrTiO3薄膜中に陽イオン不定比性に起因した欠陥構造を導入することに成功した。さらに、この欠陥構造に関して、製膜条件を精密に制御することにより、変化させる事に成功した。すなわち、この任意に制御を行った欠陥構造を、本研究目的である強誘電性発現、そして派生成果として電気伝導性の向上に応用した。その結果、欠陥構造制御を行ったTi過剰STO薄膜において、量子常誘電体であるSTOから強誘電性を発現させ、さらに電子ドープを行ったSTOにおいて報告されている中で最も大きな電子移動度約53,000cm^2V^<-1>s^<-1>を達成した。これらの物性発現は、不定比性に起因した欠陥構造創出する応力場と密接に関係しているものと考えられる。つまり、この欠陥構造に起因した応力場を制御することにより物性の発現及び向上を達成した。このことは、本研究成果は今後、ペロブスカイト型酸化物における新たな物性制御の指針を示す事に繋がる成果であると言える。

Strategy for Future Research Activity

(抄録なし)

Report

(3 results)
  • 2013 Annual Research Report
  • 2012 Annual Research Report
  • 2011 Annual Research Report
  • Research Products

    (12 results)

All 2013 2012 2011

All Journal Article (4 results) (of which Peer Reviewed: 4 results,  Open Access: 3 results) Presentation (7 results) Patent(Industrial Property Rights) (1 results)

  • [Journal Article] Ferromagnetic dislocations in antiferromagnetic NiO2013

    • Author(s)
      I. Sugiyama, N. Shibata, Z. Wang, S. Kobayashi, T. Yamamoto and Y. Ikuhara
    • Journal Title

      Nature Nanotechnology

      Volume: 8 Issue: 4 Pages: 266-270

    • DOI

      10.1038/nnano.2013.45

    • Related Report
      2013 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Labyrinth-type domain structure of heteroepitaxial SrMnO_<2.5> film2013

    • Author(s)
      S. Kobayashi, Y. Ikuhara and T. Yamamoto
    • Journal Title

      Applied Physics Letters

      Volume: 102 Issue: 23 Pages: 231911-231911

    • DOI

      10.1063/1.4811152

    • Related Report
      2013 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] The impact of local coordination of Mn on Mn-L_<2.3> edge electron energy loss spectrum2013

    • Author(s)
      S. Nishida, S. Kobayashi, T. Mizoguchi, A. Kumamoto, H. Ikeno, I. Tanaka, Y. Ikuhara and T. Yamamoto
    • Journal Title

      Journal of Applied Physics

      Volume: 114 Issue: 5 Pages: 54906-54906

    • DOI

      10.1063/1.4817425

    • Related Report
      2013 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Simultaneous visualization of oxygen vacancies and the accompanying cation shifts in a perovskite oxide by combining annular imaging techniques2012

    • Author(s)
      S, Kobayashi, S, D, Findlay, N, Shibata, T, Hizoguchi, Y. Ikuhara, and T, Yamamoto
    • Journal Title

      Applied Physics Letters

      Volume: 100 Issue: 19 Pages: 193112-193112

    • DOI

      10.1063/1.4714920

    • Related Report
      2012 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Presentation] 非化学量論組成SrTiO_3薄膜における強誘電性2013

    • Author(s)
      小林俊介, 柴田直哉, 幾原雄一, 山本剛久
    • Organizer
      秋季第74回 応用物理学会学術講演会
    • Place of Presentation
      同志社大学(京都)
    • Year and Date
      2013-09-17
    • Related Report
      2013 Annual Research Report
  • [Presentation] 斜方晶系ペロブスカイト型酸化物薄膜におけるドメイン形成挙動2013

    • Author(s)
      小林俊介、幾原雄一、山本剛久
    • Organizer
      公益社団法人日本セラミックス協会 第26回秋季シンポジウム
    • Place of Presentation
      信州大学(長野)
    • Year and Date
      2013-09-04
    • Related Report
      2013 Annual Research Report
  • [Presentation] Oxygen off-stoichiometric SrMn03- 6 thin films grown by pulsed laser deposition2012

    • Author(s)
      Shunsuke Kobayashi, et al.
    • Organizer
      19th International Workshop on Oxide Electronics
    • Place of Presentation
      Apeldoorn, The Netherlands
    • Year and Date
      2012-10-02
    • Related Report
      2012 Annual Research Report
  • [Presentation] SrMn03-6エピタキシャル薄膜の酸素欠損に伴う構造変化2012

    • Author(s)
      小林俊介, 等
    • Organizer
      秋季第73回 応用物理学会学術講演会
    • Place of Presentation
      愛媛大学
    • Year and Date
      2012-09-12
    • Related Report
      2012 Annual Research Report
  • [Presentation] Tuning oxygen vacancies in heteroepitaxial SrMnO3-δ thin films grown by pulsed laser deposition2011

    • Author(s)
      Shunsuke Kobayashi, et al
    • Organizer
      Materials Research Society (MRS)2011 Fall meeting
    • Place of Presentation
      Boston, USA
    • Year and Date
      2011-11-29
    • Related Report
      2011 Annual Research Report
  • [Presentation] Oxygen vacancies in SrMnO3-δ thin films grown by pulsed laser deposition2011

    • Author(s)
      Shunsuke Kobayashi, et al
    • Organizer
      15th International Conference on Thin Films (ICTF-15)
    • Place of Presentation
      Kyoto TERRSA (Kyoto)
    • Year and Date
      2011-11-08
    • Related Report
      2011 Annual Research Report
  • [Presentation] パルスレーザー堆積法を用いたSrMnO3-δ薄膜の酸素欠損制御2011

    • Author(s)
      小林俊介, 等
    • Organizer
      秋季第72回応用物理学会学術講演会
    • Place of Presentation
      山形大学(山形)
    • Year and Date
      2011-09-01
    • Related Report
      2011 Annual Research Report
  • [Patent(Industrial Property Rights)] 導電性薄膜2012

    • Inventor(s)
      幾原雄一, 山本剛久, 柴田直哉, 水向祐樹, 小林俊介
    • Industrial Property Rights Holder
      東京大学
    • Industrial Property Number
      2012-200917
    • Filing Date
      2012-09-12
    • Related Report
      2012 Annual Research Report

URL: 

Published: 2011-12-12   Modified: 2024-03-26  

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