2018 Fiscal Year Annual Research Report
Control of oxide-ion conduction and exploring interface ionics of transition-metal oxide thin films
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17K19177
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| Research Institution | Kyoto University |
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Principal Investigator |
島川 祐一 京都大学, 化学研究所, 教授 (20372550)
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2017-06-30 – 2019-03-31
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| Keywords | 遷移金属酸化物 / 薄膜 / 酸素イオン伝導 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では、原子レベルで構造制御した遷移金属酸化物での酸素イオン伝導に注目した新たなイオニクスを開拓することを目的としてきた。また、インピーダンス測定やイオンブロッキング法によるイオン伝導度の測定技術を確立し、イオン伝導と電子伝導を分離し、おのおのの特性と構造との相関の解明を明らかにすることを目指してきた。
原子層単位で成長を制御したエピタキシャル薄膜では、ブラウンミレライト構造SrFeO2.5を作製し、これを空気中でアニールする際に酸素イオンが取り込まれる過程を原子間力顕微鏡（AFM）の導電性からナノスケールレベルで観察することに初めて成功した。ブラウンミレライト構造SrFeO2.5は絶縁体であるが、酸素取り込むことにより単純ペロブスカイト構造へと変化し電気伝導性が生じてくる。原子レベルでのステップ構造を持つSrFeO2.5では、その端点から酸素イオンが取り込まれ、その後テラス構造の膜面を拡散していくことが明らかとなった。さらに、このような酸素イオンの拡散が電場により制御可能であり、酸素イオニクスとして展開できる可能性を見出した。薄膜に垂直な方向への電場印加により可逆的な酸素イオンの出入りが起こることを実証した。
また、Aサイトのカチオンが秩序配列したYBaCo2O5をオゾンを用いて低温で酸化することにより、トポタクティックな酸素イオンの出入りによりYBaCo2O6へと変化させることに成功した。YBaCo2O5中ではCoイオンは酸素が5配位したピラミッド構造であったが、トポタクティックな酸化により酸素6配位八面体構造へと変化した。この酸素イオンの取り込みにより、系の構造と物性も大きき変化することを明らかにした。
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