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2020 Fiscal Year Annual Research Report

X-ray spectroscopy of the novel ferroelectricity in oxide thinfilms induced by anisotropic electronic states of the oxygen

Research Project

Project/Area Number 18H01153
Research InstitutionHiroshima University

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)

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)
Project Period (FY) 2018-04-01 – 2021-03-31
Keywords異方的電子状態 / X線分光 / 電場印加 / 時間分解X線分光
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。

Research Progress Status

令和2年度が最終年度であるため、記入しない。

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。

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

  • Research Products

    (15 results)

All 2021 2020 Other

All Int'l Joint Research (1 results) Journal Article (2 results) (of which Int'l Joint Research: 2 results,  Peer Reviewed: 2 results,  Open Access: 1 results) Presentation (11 results) Remarks (1 results)

  • [Int'l Joint Research] Inst.of Solid State Phys., Univ. Latvia(ラトビア)

    • Country Name
      LATVIA
    • Counterpart Institution
      Inst.of Solid State Phys., Univ. Latvia
  • [Journal Article] Dielectric response of BaTiO3 electronic states under AC fields via microsecond time-resolved X-ray absorption spectroscopy2021

    • Author(s)
      Kato S.、Nakajima N.、Yasui S.、Yasuhara S.、Fu D.、Adachi J.、Nitani H.、Takeichi Y.、Anspoks A.
    • Journal Title

      Acta Materialia

      Volume: 207 Pages: 116681~116681

    • DOI

      10.1016/j.actamat.2021.116681

    • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] Photoluminescence mechanism of self-activated titanate phosphors investigated by x-ray absorption spectroscopy under UV irradiation2020

    • Author(s)
      Fan Dongxiao、Nakajima Nobuo、Kato Seiya
    • Journal Title

      Journal of Physics: Condensed Matter

      Volume: 32 Pages: 355503~355503

    • DOI

      10.1088/1361-648X/ab8cdd

    • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
  • [Presentation] 共鳴X線ラマン散乱による遷移金属酸化物の非占有電子構造の研究2021

    • Author(s)
      手塚泰久, 高橋瑞樹, 浅利真人, 加藤梨紗, 野澤俊介, 中島伸夫, 岩住俊明
    • Organizer
      日本物理学会 第76回年次大会(2021年)
  • [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)
  • [Presentation] 共鳴 X 線ラマン散乱による Ti 酸化物の電子構造の研究2021

    • Author(s)
      高橋瑞樹, 浅利真人, 加藤梨沙, 野澤俊介, 中島伸夫, 岩住俊明, 手塚泰久
    • Organizer
      第34回日本放射光学会年会・放射光科学合同シンポジウム
  • [Presentation] アナターゼ TiO2 単結晶表面におけるテラス領域とエッジ近傍での価電子バンド構造 と光触媒活性の相関2021

    • Author(s)
      廣森慧太、小澤健一、相浦義弘、間瀬一彦、中島伸夫
    • Organizer
      第34回日本放射光学会年会・放射光科学合同シンポジウム
  • [Presentation] 顕微光電子分光測定による TiO2 結晶表面の物性評価2021

    • Author(s)
      小澤健一、相浦義弘、廣森慧太、中島伸夫、間瀬一彦
    • Organizer
      第34回日本放射光学会年会・放射光科学合同シンポジウム
  • [Presentation] X 線吸収分光法によるチタン酸ストロンチウム薄膜の 歪み誘起強誘電性の研究2021

    • Author(s)
      中島伸夫、熊谷学人、安井伸太郎
    • Organizer
      2020年度量子ビームサイエンスフェスタ・第38回PFシンポジウム
  • [Presentation] 共鳴 X 線ラマン散乱による遷移金属酸化物の 非占有電子構造の研究2021

    • Author(s)
      加藤梨紗、高橋瑞樹、浅利真人、野澤俊介、中島伸夫、岩住俊明、手塚泰久
    • Organizer
      2020年度量子ビームサイエンスフェスタ・第38回PFシンポジウム
  • [Presentation] 時間分解XAFSによる強誘電体BaTiO3の交流電場応答2020

    • Author(s)
      加藤盛也、中島伸夫、安井伸太郎、足立純一、仁谷浩明、武市泰男、大沢仁志、加藤和男、Andris Anspoks
    • Organizer
      第23回XAFS討論会
  • [Presentation] EXAFSと逆モンテカルロ法によるFe-Niインバー合金の合金構造とその圧力変化の精密解析2020

    • Author(s)
      石松直樹。岩崎駿、甲佐美宇、加藤盛也、中島伸夫、河村直己、水牧仁一朗、野村龍一、柿澤翔、角谷均、入船徹男、北村尚斗
    • Organizer
      第23回XAFS討論会
  • [Presentation] アナターゼ型二酸化チタン単結晶表面の価電子バンド構造と光触媒活性の相関:テラス領域とエッジ領域の比較2020

    • Author(s)
      廣森慧太, 中島伸夫, 小澤健一
    • Organizer
      日本物理学会 2020年秋季大会
  • [Presentation] 蛍光X線ホログラフィーによるAサイト秩序型ペロブスカイトCaCu3Ti4O12の局所構造研究III2020

    • Author(s)
      手塚泰久, 上出晴輝, 任皓駿, 渡辺孝夫, 中島伸夫, 八方直久, 木村耕治, 林好一, 細川伸也
    • Organizer
      日本物理学会 2020年秋季大会
  • [Remarks] 【研究成果】電場に追随した強誘電体の電子状態のリアルタイム観測に成功

    • URL

      https://www.hiroshima-u.ac.jp/news/63393

URL: 

Published: 2021-12-27  

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