| Project/Area Number |
22K14479
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Early-Career Scientists
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| Allocation Type | Multi-year Fund |
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| Review Section |
Basic Section 26020:Inorganic materials and properties-related
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| Research Institution | Kumamoto University |
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Principal Investigator |
Matsuo Hiroki 熊本大学, 国際先端科学技術研究機構, IROAST准教授 (10792517)
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| Project Period (FY) |
2022-04-01 – 2024-03-31
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| Project Status |
Completed (Fiscal Year 2023)
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| Budget Amount *help |
¥4,680,000 (Direct Cost: ¥3,600,000、Indirect Cost: ¥1,080,000)
Fiscal Year 2023: ¥910,000 (Direct Cost: ¥700,000、Indirect Cost: ¥210,000)
Fiscal Year 2022: ¥3,770,000 (Direct Cost: ¥2,900,000、Indirect Cost: ¥870,000)
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| Keywords | 強誘電体 / エピタキシャル薄膜 / パルスレーザー堆積法 / エネルギー貯蔵 / バッファ層 / 反強誘電体 / 薄膜 / エピタキシャル / 超格子 |
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| Outline of Research at the Start |
誘電体キャパシタは小型・長寿命の蓄電デバイスであり、自立型IoT機器の電源用途への可能性を秘めている．本研究では強誘電体の分極反転電荷を，電気的エネルギーとして可逆的に貯蔵・出力可能な新規強誘電体超格子薄膜キャパシタを創製し，高エネルギー密度かつ高出力密度の次世代蓄電デバイスを開発することを目指す．対称性の破れた構造を持つ3色超格子強誘電体薄膜キャパシタを作製し，原子レベルの構造設計に基づき積層周期や内部応力分布を制御することで，分極ヒステリシスのインプリント効果を誘起し，エネルギー密度の飛躍的な向上を目指す．
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| Outline of Final Research Achievements |
In this study, we established the technical foundation for the development of ferroelectric superlattice thin films with high energy storage density. We explored buffer layer materials for the growth of high-quality perovskite-type ferroelectric oxide thin films and optimized the film formation conditions using pulsed laser deposition with an Nd-YAG laser. Moreover, dielectric materials that constitute the layers of the superlattice were investigated. We successfully fabricated high-quality Pt/BaTiO3/SrRuO3/(Ba, Sr)TiO3/SrTiO3 thin film capacitors and observed a polarization-electric field hysteresis loop derived from ferroelectricity of BaTiO3.
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| Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements |
本研究では、組成のコントロールにより自在に格子定数が制御可能な(Ba, Sr)TiO3バッファ層を開発し、その上に高品質なBaTiO3強誘電体エピタキシャル薄膜を成長することに成功した。誘電体キャパシタは長寿命かつ高速充放電が可能な素子であり、多くの電子機器に使用されている。材料設計と誘電体層の薄膜化により、さらにエネルギー貯蔵密度を増大させることができれば、次世代のエネルギー貯蔵素子としての応用が見込まれており、本研究成果は高エネルギー貯蔵密度の誘電体キャパシタの開発の設計指針となると考えられる。
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