2020 Fiscal Year Annual Research Report
Novel Mechanism of Polarization Rotation Induced at Artificial Ferroelectric Interfaces
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18H01474
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| Research Institution | Nagoya University |
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Principal Investigator |
山田 智明 名古屋大学, 工学研究科, 准教授 (80509349)
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| Project Period (FY) |
2018-04-01 – 2022-03-31
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| Keywords | 強誘電体 / 分極 / 人工超格子 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究の目的は「分極が不連続な人工界面」を用いて、単体の強誘電体では達成できない「可逆的かつ大きな分極回転」を実現することにある。具体的には、
・分極の方位が異なる強誘電体/強誘電体人工界面における分極の遷移構造
・分極の有無が異なる強誘電体/常誘電体人工界面における分極の渦（ボルテックス）構造
の2つに着目し、エピタキシャル成長した急峻な人工界面を多数有する超格子薄膜を作製し、電場に対する分極応答を系統的かつ定量的に明らかにする。
R2年度は、H31（R1）年度に引き続き「分極の有無が異なる強誘電体/常誘電体人工界面における分極状態と応答特性の解明」について研究を継続した。具体的には、各層の厚みをさらに正確に制御した(Pb, Sr)TiO3 (PST)/SrTiO3超格子膜を作製し、放射光XRDを用いて、これまでより明瞭なボルテックス分極構造に由来する面内超格子反射の観測に成功した。また、透過型電子顕微鏡観察により、実際にボルテックス分極構造が形成されていることを明らかにした。さらに、電界下放射光XRDを用いて、ボルテックス分極の電場応答を調べた結果、電場印加によってボルテックス分極の周期性が低下すること、電場の除去により周期性が回復すること、が明らかになり、電場による分極の可逆的再配向が起きていることが示唆された。また、分極の可逆的再配向が電気機械特性に与える影響を明らかにするために、試料表面にインターデジット型の面内電極を作製し、電場による試料の変位測定を行った。その結果、ボルテックス分極構造が形成された試料において、ヒステリシス特性が観測されたことから、電場によってボルテックス構造が一時的に強誘電a1/a2ドメインに変化している可能性が示唆された。
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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
当初の計画通り、R2年度は「分極の有無が異なる強誘電体/常誘電体人工界面における分極状態と応答特性の解明」について研究を継続し、現在まで順調に進展している。
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| Strategy for Future Research Activity |
R3年度は、分極状態とその電場応答のさらなる詳細を明らかにするために、圧電応答顕微鏡(PFM)と第2高調波顕微鏡(SHG)を用いて、圧電格子歪みと分極方位の印加電界依存性を明らかにする。これにより得られる結果と、新たに取り組む「熱力学的現象論（ランダウ理論）による分極状態と応答特性の理論的解明」の結果を比較することで、分極不連続な人工界面が分極状態やその電場応答性に与える影響の詳細を明らかにする。また、最終年度として、これまでの研究で得られた知見を集約することで、圧電特性の飛躍的向上に向けた分極不連続界面の設計指針の提案を試みる。
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