2016 Fiscal Year Research-status Report
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15K14120
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| Research Institution | Nagoya University |
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Principal Investigator |
谷口 博基 名古屋大学, 理学研究科, 准教授 (80422525)
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| Project Period (FY) |
2015-04-01 – 2018-03-31
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| Keywords | 誘電体物性 / 光誘起効果 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究課題は、光で誘電的性質をコントロールする、新しい物性機能の創出に取り組むものである。我々は昨年度、広いバンドギャップ（Eg ~ 5.4eV）を有するLaAlO3のAlサイトを微量のZnで置換したZn:LaAlO3において、光照射による約７％の誘電率の変化（光誘電効果）を発見した。この光誘電効果は、光照射による誘電損失の上昇を伴わず、またMHz以上の高周波数領域でも観測されることから、光伝導に起因した見かけ上の誘電率変化とは全く異なる本質的な光誘電効果であると結論される。この研究成果に基づいて、今年度は①誘電効果の増強を目的とした焼成条件や化学組成の最適化、そして②誘電効果のメカニズム解明にむけた精密物性計測と第一原理計算に取り組んだ。
①においては、Zn:LaAlO3の焼成条件を最適化することで、光誘電効果をおよそ３０％にまで増強することに成功した。また、LaAlO3を還元雰囲気で焼成したLaAlO3-dでは、約１２０％もの巨大な光誘電効果を得るに至った。この結果によって、LaAlO3系における光誘電効果において、酸素欠損によって導入された欠陥凖位が重要な役割を担っているという知見が得られた。さらに光誘電効果の励起光エネルギー依存性を調べたところ、約3.4eV以上の励起光エネルギーで光誘電効果が生じることを明らかにした。
②においては、光照射下でZn:LaAlO3の分光エリプソメトリーを実施し、光学領域の超高周波数では光誘電効果が起こらないことを見出した。これによって、光誘電効果の起源となる分極成分から、電子分極を排除することに成功した。また、第一原理計算によってLaAlO3における安定な欠陥順位を計算したところ、約3.5eV付近に酸素欠陥凖位が存在することを明らかにした。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
1: Research has progressed more than it was originally planned.
Reason
本年度は、主に昨年度に発見したZn:LaAlO3における光誘電効果の増強を目指して、焼成条件や化学組成の最適化に取り組んだところ、Zn:LaAlO3においては約３０％光誘電効果を達成し、さらにLaAlO3-dにおいては約１２０％もの巨大な光誘電効果を見出すに至った。この成果は、当初の計画（数倍程度の光誘電効果の増強）を大幅に上回るものである。
また、光誘電効果のメカニズム解明に向けた物性計測および第一原理計算では、LaAlO3系における光誘電効果の起源が酸素欠陥凖位に起因するという重要な知見を得た。さらに光誘電効果の起源となる分極成分に関しても、分光エリプソメトリーの結果より、電子分極の寄与を排除することに成功した。これらの結果により、光誘電効果に関する基礎学術的な理解と、物質設計原理の構築が大きく進展した。
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| Strategy for Future Research Activity |
今年度は、昨年度までに得られた結果に基づいて、光誘電効果を示す新しい物質系の探索を実施する。さらに、見出した物質系に対して焼成条件や化学組成をスクリーニングすることで、光誘電効果の極大化を図る。それと並行して、光誘電効果の励起光エネルギー依存性の測定と第一原理計算による欠陥形成エネルギーの評価を実施し、それぞれの物質系における光誘電効果のメカニズム解明に取り組む。これらの結果を、総合的に考察することによって、光誘電効果の基礎学理と物質設計原理の構築を行う。
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