パルスレーザデポジション法による酸化物薄膜成長機構解明と機能性材料創成への展開

2006 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 06F06706
• Research Institution: Osaka University
• Principal Investigator: 川合 知二 大阪大学, 産業科学研究所, 教授
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): MARCU Aurelian 大阪大学, 産業科学研究所, 外国人特別研究員
• Keywords: パルスレーザーデポジション / 酸化物 / ナノワイヤ

Research Abstract

パルスレーザーデポジション法を用いてZnFe_2O_4薄膜の成長機構を解明し、その電気・磁気物性に与える影響について検討した。雰囲気条件(基板温度、酸素分圧)を系統的に変化させることにより、その結晶性、電気・磁気物性が劇的に変化することを見出した。ZnFe_2O_4は単結晶においては良好な絶縁体であるが、薄膜作製雰囲気を低温及び還元下に制御することで、電気抵抗が3桁以上変化し、飽和磁化値が一桁以上増加することを初めて見出した。更に、この物理起源を解明する為に、電気抵抗の温度依存性の解析等を行った。この結果、従来ZnFe_2O_4系で提唱されていた電気伝導メカニズム(Fe^<2+>とFe^<3+>の二重交換相互作用)とは異なり、構造欠陥に伴う電子ホッピング現象が支配的であることを明らかにした。(論文投稿中)
次いで、上記ZnFe_2O_4材料物性をナノスケールで発現させるために、その基板となるMgOナノワイヤをパルスレーザーデポジション法により作製した。MgOはその格子定数がZnFe_2O_4と非常に近く、その格子定数ミスマッチは0.2%程度である。これまでにおいてパルスレーザーデポジション法を用いたMgOナノワイヤ作製は全く報告されていなかったが、ナノワイヤ成長雰囲気条件を緻密に制御することで初めてその創成に成功した。その制御因子として基板温度、雰囲気圧力、金属触媒量、レーザ強度等が挙げられる。特にレーザ強度を変化させた場合、ある閾値以下ではナノワイヤ成長が全く発現しないことを見出した。この閾値メカニズムが金属触媒からのアドアトムの脱離プロセスによるものであることを明らかにした。(論文執筆中)