2019 Fiscal Year Annual Research Report
Fabrication of room-temperature multiferroic materials by rare-earth iron oxide system with triangular lattices
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18H02057
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| Research Institution | Okayama University |
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Principal Investigator |
藤井 達生 岡山大学, 自然科学研究科, 教授 (10222259)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
池田 直 岡山大学, 自然科学研究科, 教授 (00222894)
狩野 旬 岡山大学, 自然科学研究科, 准教授 (50375408)
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| Project Period (FY) |
2018-04-01 – 2022-03-31
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| Keywords | 希土類鉄酸化物 / エピタキシャル薄膜 / マルチフェロイックス / スパッタ法 / フェリ磁性 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
希土類鉄酸化物 RFe2O4(R:希土類 Yb,La,Yなど) は，三角格子上のFe2+/Fe3+の幾何学的フラストレーションに起因したユニークな電荷秩序構造を持ち，電子強誘電性とフェリ磁性を併せ持つマルチフェロイック材料として近年注目を浴びている。しかもRFe2O4のキュリー温度は約250 Kと高く，室温マルチフェロイックスの実現へ向けて期待される材料の一つである。そのため元素置換をはじめとする様々な手法でRFe2O4の磁気転移温度を上昇させる試みが行われているが，未だ成功に至っていない。そこで昨年度，YbFe2O4層を磁気転移温度が約860Kと非常に高いFe3O4層でサンドイッチした三層膜を作製することに挑戦し，層間に働く磁気的交換結合によってYbFe2O4層の磁気転移温度を制御することを試みた。その結果、YbFe2O4層とFe3O4層が交互に積層したエピタキシャル多層膜の作製に成功するとともに，単層膜では約220Kであった磁気転移温度が，三層膜では約270Kと大きく上昇している可能性を見出した。しかし，磁化測定で得られたYbFe2O4層の磁気転移温度は非常にブロードであり，再現性に乏しかった。そこで今年度も，引き続きYbFe2O4/Fe3O4三層膜の成膜を実施し，三層膜の磁気転移温度を確認することを試みた。くわえて、成膜時の酸素分圧が薄膜の構造や磁気転移温度に及ぼす影響を系統的に評価することを試み、YbFe2O4単層膜においては薄膜のc軸長が短くなるほど磁気転移温度が上昇することを見出した。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
当初の計画通り、サファイア単結晶基板上にYbFe2O4/Fe3O4エピタキシャル多層膜の作製を行うことに成功した。しかし、薄膜の磁化測定においてYbFe2O4層の磁気転移温度を明瞭に観測することができず、多層化が磁気転移温度に及ぼす影響を確証できるだけのデータを得ることができなかった。くわえて、年末に成膜装置が故障し、すぐに修理を手配したが、コロナ禍の影響で修理に必要な部品の納期が大幅に遅延するとともに、県外からのメーカー技術者の学内への来訪が禁止され、試料作製がストップしてしまったため、上記のような判断とした。
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| Strategy for Future Research Activity |
従来は、実績のあるサファイア単結晶基板を使用していたが、YbFe2O4との格子ミスフィットがより小さいZrO2(111)単結晶基板に基板を変えることで、より高品質な薄膜を作製することを試みる。まずはZrO2単結晶基板上でのYbFe2O4薄膜の成膜条件を確立し、その後、YbFe2O4/Fe3O4多層膜の作製へと展開する。ZrO2単結晶基板上で作製した結晶性に優れたYbFe2O4/Fe3O4多層膜において、改めて多層化と磁気転移温度との関係を確認したいと考えている。
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