2017 Fiscal Year Research-status Report
高圧流体を用いる化学的コンビナトリアル成膜技術の開発と光応答新磁性材料の探索
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16K13999
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| Research Institution | National Institute for Materials Science |
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Principal Investigator |
中根 茂行 国立研究開発法人物質・材料研究機構, 機能性材料研究拠点, 主任研究員 (40354302)
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| Project Period (FY) |
2016-04-01 – 2019-03-31
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| Keywords | 水熱合成 / 遷移金属酸化物 / 物性 / 連続式化学合成 / 新機能性材料探索 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本年度は、昨年度に粉体合成用で設計・調整した連続式水熱合成を改良して薄膜作製用のプロトタイプ機にした。また、研究対象も、申請書に記載したスピネル型酸化物にできるようにした。
プロトタイプ機は完成し、連続的に水熱合成が行える環境に10mm角の基板が設置できるようにした。類似装置との違いとしては、基板の直接加熱が可能であることが挙げられる。また、汎用的な水熱合成では実現が困難な300℃以上の高温での製膜実験が行えることも本装置の特徴となる。当該装置は現在、より効率的な基板加熱を実現するための改良作業を行っている。これにより、従来技術では実現てきていないスピネル酸化物の製膜化を実現したいと考えている。
一方、製膜対象とする物質に対して、最新の知見や評価技術のノウハウを蓄積するために行っている予備実験的物性研究でもいくつかの成果が得られた。まず、昨年度に発見した「単一相のスピネル化合物試料が、一般的には積層薄膜や層状材料に見られる交換バイアス効果を発現する」という知見を更に追究したところ、従来研究ではスピングラス相と思われていた試料が超常磁性体である可能性を見出した。これは、スピネル酸化物の局所領域に強磁性的な磁気秩序を構築できる可能性を意味しており、この局所磁性を応用した磁性デバイスの創製に資する重要な知見と考えている。
加えて、予備実験過程では、いくつかのセレンディピティと言える発見をした。まず、酸化チタンや酸化鉄系の化合物を本研究で用いる特殊な実験環境で作製すると、有機無機ハイブリット化合物と思われる新相が得られることが判った。また、鉄系化合物の探索過程では、光によって可逆的に構造相転移する物質を発見した。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
製膜装置の開発という意味では、予算的な制約を加味して予備実験プロセスを追加したため、申請時の想定とは異なる研究経過をたどっているが、研究そのものは順調に推移していると判断している。むしろ、成果の観点で見ると、水熱合成で得られるブロンズ型TiO2の簡便な大量生産技術を見出したことや有機無機ハイブリット化合物と思われる新相を発見するなど、有望な萌芽的成果を多数得ており、セレンディピティをも期待する挑戦的萌芽研究の趣旨に立てば、予想以上の成果を得ていると見なすこともできる。
また、将来的に製膜対象として期待しているスピネル型酸化物に関する物性研究でも、鉄系化合物の物質内の磁気的フラストレーションを絶妙に制御することで、結晶内に交換結合を誘起できることを見出すだけでなく、従来は見過ごされてきた局所的な磁気秩序を制御すれば、より微細な磁気デバイスを構築できる可能性を見出すところまで研究が進展している。この研究成果もセレンディピティではあるが、非常に有意義な知見であり、今後さらに研究を深める価値があると考えている。光によって可逆的に構造相転移する物質の発見も重要である。
以上の理由により進捗状況は概ね順調と判断した。
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| Strategy for Future Research Activity |
全体的に見て、物性研究としてのセレンディピティ的な成果が多いので、これらの結果のうち、本研究計画に有用となる知見が得られそうなものについては、今後も本研究計画の範疇で継続して研究を行う予定であるが、できれば、他の申請に向けた萌芽的研究成果に位置づけて、適宜、本研究計画とは切り離していこうと思っている。最終年度は、今までに得た知見や準備した物品類を活用して、製膜装置を完成させるとともに、傾斜材料などの特徴的な試料作製まで研究を進めたいと思っている。
一方で、製膜装置でスピネル化合物を膜化する場合、“どのような組成の試料を、どのような形で膜化することが最も有意義か？”最新の知見で常に考えを見直す必要がある。したがって、製膜装置の開発と並行して、物性研究も最後まで深めていきたいと考えている。
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