電子型強誘電体YbFe2O4電荷秩序相の原子レベル完全制御

2015 Fiscal Year Research-status Report

• Project/Area Number: 15K18041
• Research Institution: Nihon University
• Principal Investigator: 永田 知子 日本大学, 理工学部, 助手 (00733065)
• Project Period (FY): 2015-04-01 – 2017-03-31
• Keywords: 電子型強誘電体

Outline of Annual Research Achievements

電子の極性な分布のみに起因する強誘電体“電子型強誘電体”RFe2O4（R: 希土類）は、その全く新しい原理から世界中で多くの研究の関心を呼んだが、提案から10 年経った今も議論は混乱し続けている。混乱の原因は、バルクで強誘電相の10 倍以上の体積を占める反強誘電相の存在であることを申請者は2013年に明らかにした。議論を収束させるため本研究では、YbFe2O4の単相強誘電相薄膜を作製することを目指している。
しかしYbFe2O4はYbとFeの蒸気圧の違い、Fe2+よりFe3+が安定であることなどから作製が難しく、薄膜作製の報告は非常に少ない。そこで27年度は化学等量性の良いYbFe2O4単相膜を作製することを目指した。
本研究で用いた成膜方法であるパルスレーザーデポジション法において非常に重要なパラメータである、レーザーのエネルギー密度、基板温度、ターゲットと基板間の距離、酸素分圧のすべてのパラメータについて条件出しを行い、YbFe2O4相を90％程度含む薄膜の作製に成功した。この薄膜および条件出しの際に作製した薄膜について結晶構造解析および表面形状の観察、組成比の深さ方向解析を行い、国際会議において以下の発表を行った。”Crystal Structure of Electronic Ferroelectric, YbFe2O4 Film ”25th Annual Meeting of MRS-J (2015).

Current Status of Research Progress

3: Progress in research has been slightly delayed.

Reason

27年度は化学等量性の良いYbFe2O4単相膜を作製することを目指し、YbFe2O4相を90％程度含む薄膜を作製する段階まで到達した。
当初使用予定であった成膜装置が故障したため、新たに成膜装置を立ち上げた。また、パルスレーザーデポジション法による成膜において非常に重要なパラメータである、レーザーのエネルギー密度、基板温度、ターゲットと基板間の距離、酸素分圧のすべてのパラメータを変え条件出しを行う必要があったため当初予期した以上に時間を要した。

Strategy for Future Research Activity

単相YbFe2O4相を持つ薄膜を作成するため、さらにFe2+/Fe3+=1の薄膜を作製するため、成膜条件の最適化を行う。レーザーのエネルギー密度、酸素分圧に着目することで単相YbFe2O4相は得られると考えている。Fe2+/Fe3+=1の薄膜を作製するには、ターゲットの変更が必要である可能性がある。現在YbFe2O4の組成比のターゲットを用いているが、Feが欠損しやすいことを考慮し、Fe3O4のターゲットも準備する。YbFe2O4のターゲットとFe3O4のターゲットを3:1,2:1などの割合でアブレーションすることでFe2+とFe3+の比を1:1に近づける。ターゲット位置の再現性に問題が生じる場合はFeとYbの組成を変えたターゲットを新たに作製する。
単相強誘電相を持つ薄膜を作製するための方針は、申請時と同様にインターバルデポジション法およびYSZ基板を用いることである。

Causes of Carryover

当初150万円のターボポンプを購入予定であったが、業者のキャンペーンにより半額で購入できたため。

Expenditure Plan for Carryover Budget

酸化物単結晶基板および、新しいターゲットの購入に充てる。また、成膜時のプルームを分光するための分光器の購入も検討している。

Research Products

• [Journal Article] Pressure dependence of far-infrared reflectance spectra in layered iron oxide LuFe2O4 (2016)
  • Author(s): T. Go, H. Okamura, G. Oohata, T. Nagata, T. Moriwaki, Y. Ikemoto, S. Mori, N. Ikeda and K. Mizoguchi
  • Journal Title: Transactions of the Materials Research Society of Japan Volume: 41 Pages: 109-112
  • DOI: http://doi.org/10.14723/tmrsj.41.109
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Observation of momentumresolved charge fluctuations proximate to the charge-order phase using resonant inelastic x-ray scattering (2016)
  • Author(s): M. Yoshida, K. Ishii, M. Naka, S. Ishihara, I. Jarrige, K. Ikeuchi, Y. Murakami, K. Kudo, Y. Koike, T. Nagata, Y. Fukada, N. Ikeda & J. Mizuki
  • Journal Title: Scientific Reports Volume: 6 Pages: 23611-1 - 8
  • DOI: 10.1038/srep23611
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] サファイア基板上におけるCo/Pt/r面配向Cr2O3積層膜の成膜条件最適化 (2015)
  • Author(s): 隅田 貴士,橋本 浩佑,福井 慎二郎,永田 知子,山本 寛,岩田展幸
  • Journal Title: 信学技報(IEICE Technical report) Volume: 115 Pages: 51-56
• [Journal Article] 自由電子レーザー照射による面内配向単層カーボンナノチューブのカイラリティ制御の可能性 (2015)
  • Author(s): 川口 大貴,吉田 圭佑,小林 弥生,春宮 清之介,永田 知子,山本 寛,岩田 展幸
  • Journal Title: 信学技報(IEICE Technical report) Volume: 115 Pages: 45-50
• [Journal Article] ペチーニ法で作製したBi1+xFeO3 (x = 0.0, 0.2)ターゲットおよびパルスレーザー堆積法で作製したBiFeO3薄膜の化学当量性の評価 (2015)
  • Author(s): 王 春, 大島 佳祐,稲葉 隆哲, 渡部 雄太, 宋 華平, 永田 知子,橋本 拓也, 高瀬 浩一, 山本 寛, 岩田 展幸
  • Journal Title: 信学技報(IEICE Technical report) Volume: 115 Pages: 5-9
• [Journal Article] 化学気相成長法を用いて作製した単層グラフェンの積層による2層グラフェンの作製と電気特性 (2015)
  • Author(s): 星野 崚,林 佑太郎,今井 健太郎,鈴木 希,永田 知子,岩田 展幸,山本 寛
  • Journal Title: 信学技報(IEICE Technical report) Volume: 115 Pages: 11-15
• [Journal Article] YAlO3(001)基板表面処理条件の違いによるCr2O3薄膜の結晶成長 (2015)
  • Author(s): 橋本 浩佑,隅田 貴士,林 佑太郎,福井 慎二郎,永田 知子,山本 寛,岩田展幸
  • Journal Title: 信学技報(IEICE Technical report) Volume: 115 Pages: 1-4
• [Journal Article] BiFe1-xMnxO3薄膜及び[CaFeOx/BiFe1-xMnxO3]人工超格子の電気的特性 (2015)
  • Author(s): 稲葉 隆哲,渡部 雄太,大島 佳祐,王 春,宋 華平,大橋 祥平,張 琦,高瀬 浩一,橋本 拓也,永田 知子,山本 寛,岩田 展幸
  • Journal Title: 信学技報(IEICE Technical report) Volume: 115 Pages: 35-40
• [Journal Article] [CaFeOx/LaFeO3]人工超格子の電気的磁気的特性 (2015)
  • Author(s): 大橋祥平,大島佳祐,渡部雄太,稲葉隆哲,王 春,張 埼,松山裕貴,高瀬 浩一,橋本 拓也,永田 知子,宋 華平,山本 寛,岩田 展幸
  • Journal Title: 信学技報(IEICE Technical report) Volume: 115 Pages: 29-33
• [Journal Article] 単層カーボンナノチューブのカイラリティ制御における自由電子レーザー照射の効果 (2015)
  • Author(s): 吉田 圭佑,川口 大貴,小林 弥生,春宮 清之介,永田 知子,山本 寛,岩田展幸
  • Journal Title: 信学技報(IEICE Technical report) Volume: 115 Pages: 41-46
• [Journal Article] 表面処理条件の異なるYAlO3(001)基板上に成膜したCr2O3薄膜の結晶構造解析および磁気特性 (2015)
  • Author(s): 橋本浩佑,隅田貴士,林佑太郎,福井慎二郎,永田知子,山本 寛,岩田展幸
  • Journal Title: 信学技報(IEICE Technical report) Volume: 115 Pages: 31-35
• [Journal Article] 面内配向成長した単層カーボンナノチューブの自由電子レーザー照射効果と触媒形状依存性 (2015)
  • Author(s): 川口大貴,吉田圭佑,小林弥生,春宮清之介,永田知子,山本 寛,岩田展幸
  • Journal Title: 信学技報(IEICE Technical report) Volume: 115 Pages: 37-42
• [Presentation] 表面処理条件の異なるYAlO3(001)基板上に成膜したCr2O3薄膜の結晶構造解析および磁気特性 (2016)
  • Author(s): 橋本 浩佑, 隅田 貴士, 福井 慎二郎, 永田 知子, 山本 寛, 岩田展幸
  • Organizer: 第63回応用物理学会春季学術講演会
  • Place of Presentation: 東工大 大岡山キャンパス（東京都目黒区）
  • Year and Date: 2016-03-19 – 2016-03-22
• [Presentation] Co/Pt/r面及びc面配向Cr2O3積層膜の作製及び評価 (2016)
  • Author(s): 隅田 貴士, 橋本 浩佑, 福井 慎二郎, 永田 知子, 山本 寛, 岩田 展幸
  • Organizer: 第63回応用物理学会春季学術講演会
  • Place of Presentation: 東工大 大岡山キャンパス（東京都目黒区）
  • Year and Date: 2016-03-19 – 2016-03-22
• [Presentation] 反強磁性絶縁体CaFeO3およびLaFeO3を用いた[(CaFeOx)n/(LaFeO3)n]m {m=14 for n=3,5,7 and (n, m)=(1,98),(3,33),(5,20)}人工超格子における磁気的特性の膜厚及び界面数依存性 (2016)
  • Author(s): 大橋 祥平,大島 佳祐,松山 裕貴,稲葉 隆哲,渡部 雄太,王 春,張 琦,宋 華平,橋本 拓也,高瀬 浩一,永田 知子,山本 寛,岩田 展幸
  • Organizer: 第63回応用物理学会春季学術講演会
  • Place of Presentation: 東工大 大岡山キャンパス（東京都目黒区）
  • Year and Date: 2016-03-19 – 2016-03-22
• [Presentation] ペチーニ法で作製した粉末によるBi過剰Bi1.2FeOxターゲットを用いたBiFeO3薄膜の作製と評価 (2016)
  • Author(s): 王 春, 大島 佳祐, 稲葉 隆哲, 宋 華平, 渡部 雄太,永田 知子, 橋本 拓也, 高瀬 浩一, 山本 寛, 岩田 展幸
  • Organizer: 第63回応用物理学会春季学術講演会
  • Place of Presentation: 東工大 大岡山キャンパス（東京都目黒区）
  • Year and Date: 2016-03-19 – 2016-03-22
• [Presentation] [(CaFeOx)n/(LaFeO3)n]m {m=14 for n=3,5,7 and (n,m)=(1,98),(3,33),(5,20)}人工超格子の精密な堆積量制御手法の開発及び結晶構造解析 (2016)
  • Author(s): 大橋 祥平,大島 佳祐,松山 裕貴,稲葉 隆哲,渡部 雄太,王 春,張 琦, 宋 華平,橋本 拓也,高瀬 浩一,永田 知子,山本 寛,岩田 展幸
  • Organizer: 第63回応用物理学会春季学術講演会
  • Place of Presentation: 東工大 大岡山キャンパス（東京都目黒区）
  • Year and Date: 2016-03-19 – 2016-03-22
• [Presentation] SrTiO3(110)上に成膜したBiFeO3薄膜および人工超格子の結晶構造解析及び電気的磁気的特性 (2016)
  • Author(s): 松山 裕貴, 稲葉 隆哲, 大島 佳祐, 王 春, 張 琦, 渡部 雄太Song Huaping1, 橋本 拓也, 永田 知子, 山本 寛, 岩田 展幸
  • Organizer: 第63回応用物理学会春季学術講演会
  • Place of Presentation: 東工大 大岡山キャンパス（東京都目黒区）
  • Year and Date: 2016-03-19 – 2016-03-22
• [Presentation] Influence of the Pechini Bi-excess BiFeOx Target on Growth of BiFeO3 Thin Films (2015)
  • Author(s): C. Wang, K. Oshima, T. Inaba, Q. Zhang, S. Ohashi, H. Song, Y. Watabe, T. Nagata, K. Takase, T. Hashimoto, H. Yamamoto, N. Iwata
  • Organizer: 25th Annual Meeting of MRS-J (2015)
  • Place of Presentation: 横浜情報文化センター, 横浜市, 神奈川県
  • Year and Date: 2015-12-08 – 2015-12-10
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Crystal Structure of [(CaFeOx)n/(LaFeO3)n] (n=1, 3, 5, 7) Artificial Superlattices (2015)
  • Author(s): S.Ohashi, K.Oshima, Y.Watabe, T.Inaba, C.Wang, Q.Zhang, K.Takase, T.Hashimoto, T.Nagata, H.song, Y.Hiroshi, and N.Iwata
  • Organizer: 25th Annual Meeting of MRS-J (2015)
  • Place of Presentation: 横浜情報文化センター, 横浜市, 神奈川県
  • Year and Date: 2015-12-08 – 2015-12-10
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Electric and magnetic property of [CaFeOx/LaFeO3] artificial superlattice (2015)
  • Author(s): K. Oshima, Y. Watabe, T. Inaba, S. Ohashi, C. Wang, Q. Zhang, H. Song, K. Takase, T. Hashimoto, T. Nagata, H. Yamamoto, N.Iwata
  • Organizer: 25th Annual Meeting of MRS-J (2015)
  • Place of Presentation: 横浜情報文化センター, 横浜市, 神奈川県
  • Year and Date: 2015-12-08 – 2015-12-10
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Crystal Structure and Magnetic Properties of Ferromagnetic Metal / c-oriented Cr2O3 Multilayer Including Twin Strucuture (2015)
  • Author(s): T. Sumida, K. Hashimoto, S. Fukui, T. Nagata, H. Yamamoto, N. Iwata
  • Organizer: 25th Annual Meeting of MRS-J (2015)
  • Place of Presentation: 横浜情報文化センター, 横浜市, 神奈川県
  • Year and Date: 2015-12-08 – 2015-12-10
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Electric and Magnetic Properties of BiFe1-xMnxO3 Thin Films and CaFeOx/BiFe1-xMnxO3 Superlattices (2015)
  • Author(s): T. Inaba, Y. Watabe, K. Oshima, W. Chun, S. Ohashi, H. Song, H. Matuyama, Q. Chang, K. takase, T. Hashimoto, T. Nagata, H. Yamamoto, N. Iwata
  • Organizer: 25th Annual Meeting of MRS-J (2015)
  • Place of Presentation: 横浜情報文化センター, 横浜市, 神奈川県
  • Year and Date: 2015-12-08 – 2015-12-10
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Magnetic Properties of Ferromagnetic Metal/r-Cr2O3 Multilayer (2015)
  • Author(s): T. Sumida, K. Hashimoto, S. Fukui, T. Nagata, H. Yamamoto, N. Iwata
  • Organizer: 25th Annual Meeting of MRS-J (2015)
  • Place of Presentation: 横浜情報文化センター, 横浜市, 神奈川県
  • Year and Date: 2015-12-08 – 2015-12-10
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Crystal Structure and Magnetic /Electric Properties of CaMnO3 Single Layer and Related Superlattices Nomal to the Surface (2015)
  • Author(s): Qi ZHANG, Takaaki INABA, Keisuke OSHIMA, Yuta WATABE, Chun WANG, Shohei OHASHI, Huaping SONG, Tomoko NGATA, Hiroshi YAMAMOTO, Nobuyuki IWATA
  • Organizer: 25th Annual Meeting of MRS-J (2015)
  • Place of Presentation: 横浜情報文化センター, 横浜市, 神奈川県
  • Year and Date: 2015-12-08 – 2015-12-10
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Deposition and Crystal Structure Analysis of Cr2O3 Thin Film on Surface Treated YAlO3(001) Substrates with Different Conditions (2015)
  • Author(s): K.Hashimoto, T.Sumida, S.Fukui, T.Nagata, H.Yamamoto, N.Iwata
  • Organizer: 25th Annual Meeting of MRS-J (2015)
  • Place of Presentation: 横浜情報文化センター, 横浜市, 神奈川県
  • Year and Date: 2015-12-08 – 2015-12-10
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Structural and Magnetic Properties of [CaFeO3/REMO3] (RE=La, Bi, M=Fe, Fe1-xMnx) Superlattices Grown on SrTiO3 (001) by Pulsed Laser Deposition Method (2015)
  • Author(s): Huaping SONG, Yuta WATABE, Takaaki INABA, Keisuke OSHIMA, Chun WANG, Qi ZHANG, Shohei OHASHI, Tomoko NGATA, Kouichi TAKASE, Takuya HASHIMOTO, Hiroshi YAMAMOTO, Nobuyuki IWATA
  • Organizer: 25th Annual Meeting of MRS-J (2015)
  • Place of Presentation: 横浜情報文化センター, 横浜市, 神奈川県
  • Year and Date: 2015-12-08 – 2015-12-10
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Trial of the Combined Observation for M?ssbauer Spectroscopy and Diffraction in YbFe<SUB>2</SUB>O<SUB>4</SUB> with Synchrotron Light Source (2015)
  • Author(s): Kosuke FUJIWARA, Mizuki MIYAJIMA, Tomoyuki KARASUDANI, Jun KANO, Naoshi IKEDA, Mamoru FUKUNAGA, Tomoko NAGATA, Shinichi NAKAMURA, Takaya MITHUI
  • Organizer: 25th Annual Meeting of MRS-J (2015)
  • Place of Presentation: 横浜情報文化センター, 横浜市, 神奈川県
  • Year and Date: 2015-12-08 – 2015-12-10
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] In-Plane Oriented Growth of Single-Walled Carbon Nanotubes and Effect of Free Electron Laser Irradiation (2015)
  • Author(s): D. Kawaguchi, K. Yoshida, M. Kobayashi, S. Harumiya, T. Nagata, N. Iwata and H. Yamamoto
  • Organizer: 25th Annual Meeting of MRS-J (2015)
  • Place of Presentation: 横浜情報文化センター, 横浜市, 神奈川県
  • Year and Date: 2015-12-08 – 2015-12-10
• [Presentation] Electric property of bilayer graphene (2015)
  • Author(s): Ryo HOSHINO, Yutaro HAYASHI, Nozomi SUZUKI, Tomoko NAGATA, Nobuyuki IWATA, Hiroshi YAMAMOTO
  • Organizer: 25th Annual Meeting of MRS-J (2015)
  • Place of Presentation: 横浜情報文化センター, 横浜市, 神奈川県
  • Year and Date: 2015-12-08 – 2015-12-10
• [Presentation] Electrical characteristics of bending bilayer graphene (2015)
  • Author(s): Yutaro HAYASHI, Ryou HOSHINO, Nozomi SUZUKI, Tomoko NAGATA, Nobuyuki IWATA, Hiroshi YAMAMOTO
  • Organizer: 25th Annual Meeting of MRS-J (2015)
  • Place of Presentation: 横浜情報文化センター, 横浜市, 神奈川県
  • Year and Date: 2015-12-08 – 2015-12-10
• [Presentation] Crystal Structure of Electronic Ferroelectric, YbFe2O4 Film (2015)
  • Author(s): T. Nagata, H. Yamamoto and N. Iwata
  • Organizer: 25th Annual Meeting of MRS-J (2015)
  • Place of Presentation: 横浜情報文化センター, 横浜市, 神奈川県
  • Year and Date: 2015-12-08 – 2015-12-08
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] YAlO3(001) O基板上での表面処理条件の違いによるCr2O3薄膜表面状態及び結晶構造解析 (2015)
  • Author(s): 橋本 浩佑, 隅田 貴士, 林 佑太郎, 福井 慎二郎, 永田 知子, 山本 寛, 岩田展幸
  • Organizer: 第76回応用物理学会秋季学術講演会
  • Place of Presentation: 名古屋国際会議場（愛知県、名古屋市）
  • Year and Date: 2015-09-13 – 2015-09-16
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] ペチーニ法で作製した Bi 過剰 BiFeOx ターゲットを用いて成膜した化学等量性の良い BiFeO3 薄膜の作製と評価 (2015)
  • Author(s): 王 春, 大島 佳祐, 稲葉 隆哲, 宋 華平, 渡部 雄太,永田 知子, 橋本 拓也, 高瀬 浩一, 山本 寛, 岩田 展幸
  • Organizer: 第76回応用物理学会秋季学術講演会
  • Place of Presentation: 名古屋国際会議場（愛知県、名古屋市）
  • Year and Date: 2015-09-13 – 2015-09-16
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Wavelength Dependence of Free Electron Laser on Chirality of Single-Walled Carbon Nanotubes (2015)
  • Author(s): Keisuke Yoshida, Daiki Kawaguchi, Miu Kobayashi, Shinnosuke Harumiya, Tomoko Nagata, Nobuyuki Iwata, Hiroshi Yamamoto
  • Organizer: Eighth International Conference on Molecular Electronics and Bioelectronics (M&BE8)
  • Place of Presentation: Towre Hall Funabori, 東京都江戸川区
  • Year and Date: 2015-06-22 – 2015-06-24
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Selective Growth of In-Plane Oriented Single-Walled Carbon Nanotubes with Specific Chirality by Free Electron Laser Irradiation (2015)
  • Author(s): Daiki Kawaguchi, Keisuke Yoshida, Miu Kobayashi, Shinnosuke Harumiya, Tomoko Nagata, Nobuyuki Iwata, Hiroshi Yamamoto
  • Organizer: Eighth International Conference on Molecular Electronics and Bioelectronics (M&BE8)
  • Place of Presentation: Towre Hall Funabori, 東京都江戸川区
  • Year and Date: 2015-06-22 – 2015-06-24
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Experimental Results and Density Functional Theory Approach of CaFeOx/LaFeO3 Superlattice (2015)
  • Author(s): Nobuyuki Iwata, Keisuke Oshima, Yuta Watabe, Takaaki Inaba, Chun Wang, Huaping Song, Qi Chang, Tomoko Nagata, Takuya Hashimoto, Kouichi Takase, Hiroshi Ishida, Kousaku Shimizu, Hiroshi Yamamoto
  • Organizer: The 5th International Symposium on Organic and Inorganic Electronic Materials and Related Nanotechnologies (EM-NANO 2015)
  • Place of Presentation: TOKI MESSE Niigata Convention Center, 新潟県新潟市
  • Year and Date: 2015-06-16 – 2015-06-19
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Electric and Magnetic Properties of BiFe1-xMnxO3 Thin Films and CaFeOx/BiFe1-xMnxO3 Superlattices (2015)
  • Author(s): Takaaki Inaba, Yuta Watabe, Keisuke Oshima, Chun Wang, Huaping Song, Qi Chang, Tomoko Nagata, Takuya Hashimoto, Kouichi Takase, Hiroshi Ishida, Kousaku Shimizu, Hiroshi Yamamoto, Nobuyuki Iwata
  • Organizer: The 5th International Symposium on Organic and Inorganic Electronic Materials and Related Nanotechnologies (EM-NANO 2015)
  • Place of Presentation: TOKI MESSE Niigata Convention Center, 新潟県新潟市
  • Year and Date: 2015-06-16 – 2015-06-19
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Corundum Cr2O3 Thin Films Grown on Orthorhombic YAlO3(001) Substrate (2015)
  • Author(s): Nobuyuki Iwata, Kousuke Hashimoto, Takashi Sumida, Tomoko Nagata, Hiroshi Yamamoto
  • Organizer: The 5th International Symposium on Organic and Inorganic Electronic Materials and Related Nanotechnologies (EM-NANO 2015)
  • Place of Presentation: TOKI MESSE Niigata Convention Center, 新潟県新潟市
  • Year and Date: 2015-06-16 – 2015-06-19
  • Int'l Joint Research