レーザMBE法による強誘電体/強磁性体傾斜機能材料の創成

1997 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 09229237
• Research Institution: Osaka University
• Principal Investigator: 田畑 仁 大阪大学, 産業科学研究所, 助教授 (00263319)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 金井 真樹 大阪大学, 産業科学研究所, 助手 (50243267) ; 川合 知二 大阪大学, 産業科学研究所, 教授 (20092546)
• Keywords: 強誘電体傾斜機能材料 / 強磁性体傾斜機能材料 / 強誘電体 / 強磁性体傾斜機能材料 / 原子層制御 / レーザーMBE / 分子動力学計算 / 第一原理計算

Research Abstract

本研究の目的は、レーザアブレーションを用いたMBE法により、強誘電体と強磁性体の原子スケールでの傾斜構造を有する機能性酸化物人工格子を形成することにある。合成した新しいFGMsの電気・磁気特性における極微な傾斜構造の有効性を明らかにすること、さらにコンピュータによる物質設計(分子動力学・分子軌道計算等)を行い、従来経験により得てきた結晶構造や電気、磁気的物性の予測を可能にすることを目指した。
強誘電体単一相薄膜および強磁性体単一相薄膜および強誘電体/強磁性体傾斜機能薄膜はSrTiO_3(100)単結晶基板上にパルスレーザアブレーション法により作製した。この結果強誘電体/強磁性体傾斜機能材料において2種類の伝導機構が観測された。この金属酸化物においては、電子が遷移金属イオン間をホッピングしていくことにより磁気モーメントが揃い強磁性が発現する(2重交換相互作用)。ゼロ磁場下あるいはTc以上の温度領域では、電気伝導は半導体マトリックスに依存しており、ここでは局在スピンが熱振動(室温)している。従って、電気伝導を担うスピンは、熱振動している局在スピンに阻害されて十分な伝導ができない。この為、電気抵抗は圧電効果によるわずかな格子歪により大きく変化した。つまり歪みの導入されたLSMO層に於いてMn-O-Mn間の結合距離(d)は長くなっていると考えられる。Coの3d軌道からOの2p軌道への電子の飛び移り積分(tpd)は少しの結合距離dの増加に対して、tpd;d^<-7/2>と大きく変化しする。このため電気抵抗の増大・磁気転移温度の減少を引き起こすと考えられる。一方外部磁場が印加されると、局在スピンが整列するため、伝導スピンは金属的に自由に伝導可能となる。この場合は印加電場によるわずかな誘起電荷が電気抵抗を決定する因子となることが分かった。

Research Products

• [Publications] H.Tabata: "Dielectric Properties of Strained(Sr,Ca)TiO_3/(Ba,Sr)TiO_3 Artificial Lattices" Appl.Phys.Lett.70. 321-323 (1997)
• [Publications] H.Tabata: "Novel Electric properties on Ferroelectric/Ferromaqnetic Heterostructures" IEICE TRANS.ELECTRONICS. E80-C. 918-923 (1997)
• [Publications] H.Tabata: "励起光レーザ併用レーザアブレーション法による強誘電体PbTiO_3 薄膜の低温形成" 電気学会論文誌 C分冊. 9月号. 1199-1205 (1997)
• [Publications] H.Tabata: "Di/Ferroelectric Properties of Bithmus Base Layered Ferroelectric Films for Application on Nonvolatile Memories" IEICE TRANSACTIONS. E81-C No.4. (1998)
• [Publications] S.Honstu: "Electrical Properties of Hydroxyapatite Thin Films Grown by Pulsed Laser Deposition" Thin Solid Films. 295. 214-217 (1997)
• [Publications] M.Hamada: "Microstructure and dielectric properties of epitaxiall BiWO_6 deposited by pulsed Laser ablation" Thin Solid Films. 306. 6-9 (1997)
• [Publications] M.Nakano: "Fabrication of Ba_<0.3>Sr_<0.7>TiO_3 Films on Atomically Flat SrTiO_3(100)Substrate by a Pulsed Laser Deposition and Their Dielectric Properties" Jpn.J.Appl.Phys.36. 3564-3568 (1997)
• [Publications] S.Honstu: "Ferroelectric Field Control in Pb(Zr_<0.52>Ti_<0.48>)O_3/(Y_<0.6>Pr_<0.4>)Ba_2Cu_3Oy Heterostructures and Their Memory" IEICE TRANS.ELECTRONICS. E80-C. 1304-1309 (1997)
• [Publications] S.Honstu: "Ferroelectric Field Effect in Metal/Pb(Zr0.52Ti0.48)O3/(Y0.6Pr0.4)Ba2Cu3O7-y Structures" IEEE TRANSACTIONS ON APPLIED SUPERCONDUCTIVITY. 7. 3536-3539 (1997)
• [Publications] H.Lee: "Structure and Photoelectric Properties of Copper-phthalocyanine/lead telluride Multilayer Thin Film Prepared by Laser Ablation and Thermal Evaporation" Jpn.J.Appl.Phys.36. 268-274 (1997)
• [Publications] T.Yanagiata: "AFM Observation of the Initial Growth Stage and the Ferroelectric properties of Bi2VO5.5 Fims on SrTiO3(100),Si(100)Substrates." Jpn.J.Appl.Phys.36. 5917-5920 (1997)
• [Publications] M.Nakano: "Fabrication and Characterization of(Sr,Ba)Nb2O6 Thin Films by Pulsed Laser Deposition." Jpn.J.Appl.Phys.36. L1331-L1332. (1997)
• [Publications] 中野充: "レーザアブレーション法によるSrTiO3(100)基板への(Sr,Ba)Nb2O6薄膜のヘテロエピタキシャル成長" 日本真空協会誌. 3月号. 120-122 (1997)
• [Publications] 川合知二: "高・強誘電体人工格子" セラミック協会会誌. 11月号. 898-902 (1997)
• [Publications] Y.Inokuma: "Superconductivity of(La,A)MnO3/Yba2Cu3Oy trilayer films(A=Sr,Ca)" Jpn.J.Appl.Phys. 36. 7169-7172 (1997)
• [Publications] 川合知二: "“機能が調和した"新しい材料の創成" 生産と技術. 49(No.4). 66-69 (1997)
• [Publications] 川合知二: "“機能調和人工格子"による新材料へのブレークスルー" まてりあ. 36(No.10). 990-995 (1997)