機能調和人工格子の形成とナノスケール相転移現象解明および新規メモリ素子の創成

2000 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 11650323
• Research Institution: Osaka University
• Principal Investigator: 田畑 仁 大阪大学, 産業科学研究所, 助教授 (00263319)
• Keywords: 強誘電体 / 強磁性体 / 人工格子 / ペロブスカイト / レーザーMBE / メモリ素子 / 機能調和材料 / 構造相転移

Research Abstract

従来、個々に独立に研究・議論されてきた強誘電体や強磁性体を、原子・分子層単位での厳密な結晶構造制御により組み合わせた機能調和人工格子を形成した。これにより、電荷・スピン状態の制御および新規物性の発現が実現した。
特に(110)方向に積層成長させた人工格子により、スピンのストライブ構造(1次元鎖)や梯子格子等の新らしい低次元量子スピンを実現することができた。これまで酸化物において、スピンパイエルス転移は、CuGeO_3やNaV_2O_5等限られた物質にしか存在が報告されていなかった。具体的な結果を以下に示す。本年度は、我々が開発、改良してきたレーザーMBE法を用いて、原子・分子スケールでペロブスカイト結晶構造を有する強磁性体および非磁性体(誘電体)の交互積層構造をもつ酸化物人工格子を合成した。特にスピン配列制御の成果として、SrRuO_3/SrTiO_3(110)およびSrRuO_3/BaTiO_3(110)人工格子において、1次元に固有の磁気特性(ハイゼンベルグ反強磁性)と輸送特性(モット転移として知られる金属-絶縁体転移)を示すことを世界で初めて示した。(Solid State Communicationに報告)。本研究により、これらスピンパイエルス転移を示す新しい物質の創製が可能であることを実証できた。
さらに、人工格子を形成する層の組成、厚さおよび積層方向(<100>,<110>,<111>)を変化させたときの、電気・磁気特性(誘電率、磁化率の温度変化等)の変化を調べ、特に磁気特性において、強磁性、反強磁性およびスピングラス状態を制御可能であることをしめすことができた。
最終年度は、これらの機能調和材料の新規デバイスへの適用の可能性を示すため、簡単な素子を形成しその動作を検証する予定である。

Research Products

• [Publications] X.L.Guo: "Fabrication and Optoelectronic Properties of a Transparent ZnO Homostructural Light-Emitting Diode"Jpn.J.Appl.Phys.. 40. L177-L180 (2001)
• [Publications] K.Ueda: "Atomic ordering in the LaFe_<0.5>Mn_<0.5>O_3 solution film"Appl.Phys.Lett.. 78(4). 512-514 (2001)
• [Publications] X.L.Guo: "Pulsed laser reactive deposition of p-type ZnO film enhanced by an electron cyclotron resonance source"J.Cryst.Growth. 223. 135-139 (2001)
• [Publications] K.Ueda: "Control of magnetic properties in LaCrO_3-LaFeO_3 artificial superlattices"J.Appl.Phys.. 89(5). 2847-2851 (2001)
• [Publications] 田畑仁: "遷移金属酸化物人工格子によるスピン制御"応用物理. 70(3). 285-290 (2001)
• [Publications] Y.Muraoka: "Photocontrol of spin-glass state in Mg_<1.5>FeTi_<0.5>O_4 spinel ferrite films"Appl.Phys.Lett.. 76(9). 1179-1181 (2000)
• [Publications] S.Tabuchi: "Morphological Change and Inhibitory Effect on Ag Surface by ArF Excimer Laser Irradiation"Jpn.J.Appl.Phys.. 39(3A). 1268-1271 (2000)
• [Publications] M.Joseph: "Ferroelectric behavior of epitaxial Bi_2VO_<5.5> thin films on Si(100) formed by pulsed laser deposition"J.Appl.Phys.. 88(2). 1193-1195 (2000)
• [Publications] Y.Muraoka: "Preparation and thickness dependence of magnetic properties of (111)-oriented Mg_<1.5>FeTi_<0.5>O_4 spinel films on sapphire by pulsed laser deposition technique"Vacuum. 59. 622-627 (2000)
• [Publications] O.Nakagawara: "Epitaxial growth and dielectric properties of (111) oriented BaTiO_3/SrTiO_3 superlattices by pulsed-laser deposition"Appl.Phys.Lett.. 77(20). 3257-3259 (2000)
• [Publications] E.Rokuta: "Low leakage current characteristics of YMnO_3 on Si(111) using an ultrathin buffer layer of silicon oxynitride"J.Appl.Phys.. 88(11). 6598-6604 (2000)
• [Publications] L.T.Cai: "Self-assembled DNA networks and their electrical conductivity"Appl.Phys.Lett.. 77(19). 3105-3106 (2000)
• [Publications] K.Ueda: "Control of the magnetic and electric properties of low-dimensional SrRuO_3-BaTiO_3 superlattices"Solid State Comm.. 116. 221-224 (2000)
• [Publications] Y.Muraoka: "Room-temperature spin glass and its photocontrol in spinel ferrite films"Appl.Phys.Lett.. 77(24). 4016-4018 (2000)
• [Publications] Y.Muraoka: "Photoexcited spin-glass state in (Mg,Fe){Mg,Fe,Ti}O_4 spinel ferrite films"J.Appl.Phys.. 88(12). 7223-7229 (2000)
• [Publications] H.Y.Lee: "Epitaxial Growth and Dielectric Properties of Bi_2VO_<5.5> Thin Films on TiN/Si Substrates with SrTiO_3 Buffer Layers"J.Kor.Phys.Soc.. 37(4). 478-480 (2000)
• [Publications] 田中秀和: "機能調和人工格子による超五感センサと脳型メモリ"まてりあ. 39(3). 243-249 (2000)
• [Publications] 田畑仁: "機能性材料としての強誘電体-基礎物性と物質設計-"表面技術. 51(7). 664-668 (2000)
• [Publications] 田畑仁: "初めて誕生したp型ZnO"固体物理. 35(8). 570-577 (2000)
• [Publications] 田畑仁: "レーザMBE法による機能性酸化物人工格子の形成とスピン制御"日本結晶成長学会誌. 27(3). 117-123 (2000)