2019 Fiscal Year Annual Research Report
X-ray spectroscopy of the novel ferroelectricity in oxide thinfilms induced by anisotropic electronic states of the oxygen
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18H01153
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| Research Institution | Hiroshima University |
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Principal Investigator |
中島 伸夫 広島大学, 理学研究科, 准教授 (90302017)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
手塚 泰久 弘前大学, 理工学研究科, 准教授 (20236970)
安井 伸太郎 東京工業大学, 科学技術創成研究院, 助教 (40616687)
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| Project Period (FY) |
2018-04-01 – 2021-03-31
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| Keywords | 異方的電子状態 / X線分光 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
通常のバルク体では強誘電性を示さないチタン酸ストロンチウム（SrTiO3）や酸化ハフニウム(HfO2)をナノスケール薄膜にすると強誘電性が出現する。なぜ強誘電性が現れるのか？ナノ薄膜のX線解析は格子長を測定するのが限界で、リートベルト法による精密な原子位置決定ができないため、自発分極（陽・陰イオンの重心のずれ）の発現機構はわかっていない。
本研究では、薄膜に対する感度を高め同時にエネルギー分解能を向上させた蛍光Ｘ線検出Ｘ線分光法（高分解能XAS法）を用いることで、薄膜固有の格子歪みを元素選択的に調べ、酸化物薄膜に現れる新規強誘電性の発現機構の解明を目指す。高分解能XAS法の高感度な元素選択性を利用することで、陽イオンだけでなく、対をなす「陰イオン（酸素イオン）の配位環境の歪み」を電子状態の異方性を介して明らかにすることが可能になり、定量的あるいは定性的に誘電率や自発分極の増大が理解できるようになる。
研究２年目は、チタン酸ストロンチウム薄膜のチタンK吸収分光測定の結果を振るポテンシャルコードを用いた理論計算の結果と比較を進めている。解析結果を査読付き論文に投稿準備中である。また、酸化ハフニウム薄膜の高分解能XAS（ハフニウムL3吸収端）について、膜厚の異なる複数の試料について測定を行った。さらに、酸素のK吸収端XASについても測定を行った。特に後者で系統的なエネルギーシフトがみられた。これらを、第一原理バンド計算に基づく電子状態の考察を進める予定である。
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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
予定していた研究対象物質について、ひとまずのスペクトルデータ測定はできている。この結果を踏まえて、最終年度は理論計算に基づく電子状態考察を加えることの重要性を認識し、すでにその準備を整えている。
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| Strategy for Future Research Activity |
２年間の研究活動の中で、複数回の放射光実験を行い、おおむね考察に必要なスペクトル測定は済ませている。本年度は、多重散乱理論に基づくスペクトル計算、第一原理計算に基づくバンド計算（特に、価電子帯と伝導帯）を考察に加え、異方性により強誘電性が出現する場合に期待されるスペクトルの考察を進める。
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