2020 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, 先進理工系科学研究科(理), 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 / 電場印加 / 時間分解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してきた。
研究３年目の最終年度は、高分解能XAS法に加えて、時間分解型XAS法による電子状態の動的な異方性を効果的に検出する手法に取り組んだ。チタン酸バリウム薄膜に電場を印加することで、誘電体材料として実用に供されているこの物質の電子状態が物質機能をどのように発現しているのかを解明した。一般に放射光Ｘ線を用いた分光研究における時間分解測定は、ナノ秒程度の非常に短い時間応答を捉えることが専らであるが、筆者らは半導体Ｘ線検出器の信号処理回路が持つ数百ナノ秒程度の比較的ゆっくりとした応答を効果的かつ簡便に捉えることに成功した。特に重要な知見として、チタン酸バリウムにおいて、Ａサイトイオンであるバリウムイオンがチタンイオンとの静電的相互作用によって、自発分極などの誘電特性に電子状態を介して影響を及ぼしていることが明らかになった点である。これらの結果は、高インパクト誌に発表するとともに、共同研究者も含めた各所属機関における報道発表を行い、国内外を通じて情報発信した。
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| Research Progress Status |
令和2年度が最終年度であるため、記入しない。
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| Strategy for Future Research Activity |
令和2年度が最終年度であるため、記入しない。
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| Remarks |
共同研究者の所属機関（東京工業大学、静岡大学、高エネルギー加速器研究機構）で同時に発表を行った。
加えて、EurekAlert!、Asia Research News、AlphaGalileoで英語による情報発信も行った
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Research Products
(15 results)
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[Presentation] Fe-Niインバー合金の圧力下EXAFSとXRDを用いたRMC法による合金構造解析2021
Author(s)
石松直樹, 岩崎駿, 甲佐美宇, 加藤盛也, 中島伸夫, 北村尚斗, 河村直己, 水牧仁一朗, 野村龍一, 柿澤翔, 角谷均, 入舩徹男
Organizer
日本物理学会 第76回年次大会（2021年）
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