2019 Fiscal Year Annual Research Report
有機強誘電体薄膜における分極ドメイン壁の電界変調イメージングと運動制御
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18J22030
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| Research Institution | The University of Tokyo |
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Principal Investigator |
上村 洋平 東京大学, 工学系研究科, 特別研究員(DC1)
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| Project Period (FY) |
2018-04-25 – 2021-03-31
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| Keywords | 有機強誘電体 / 強誘電ドメイン / ドメイン壁 / イメージング技術 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究ではプロトン移動型有機強誘電体の分極反転特性を制御して低電圧駆動の薄膜デバイスを実現することを目標としている。強誘電体の分極反転は強誘電ドメインおよびドメイン壁の運動によって行われるため、薄膜における分極反転機構を理解・制御するためには強誘電ドメインの観察が不可欠である。これまでに吸収率の外部電場応答を利用して強誘電ドメインを可視化する光学手法を開発している（強誘電体電界変調イメージング; FFMI）。しかし、この手法は可視光を吸収する一部の強誘電体にしか適用できないという課題があった。
今年度は強誘電体の複屈折とその電気光学効果に着目することで、可視光に吸収をもたない透明な強誘電体でもFFMI測定を可能にした。サンプルの前後に偏光子を追加し外部電場による複屈折率の変化を透過光強度の変化に変換した。強誘電ドメインに生じるわずかな透過率の差をエリアセンサの差分画像処理で鋭敏に検出することで、広範囲の強誘電ドメインを一括測定することに成功した。透明なプロトン移動型有機強誘電体である2-メチルベンゾイミダゾール（MBI）の薄膜について測定を行い、圧電応答力顕微鏡と一致するドメイン構造が得られた。MBIは平面状の分子が積層した異方的な結晶構造をもつことから、分子層に沿ってドメイン壁が形成される異方的なドメイン構造が観測された。また、透過光を用いる本手法の特徴を利用して深さ方向のドメイン構造を解析した結果、分子層に平行なドメイン壁と垂直なドメイン壁は深さ方向の傾き角が異なることを明らかにした。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
1: Research has progressed more than it was originally planned.
Reason
昨年度までに開発した強誘電ドメイン可視化手法をさらに発展させることで、透明な材料も含めた多種の強誘電体について観察を行うことが可能になった。特に低分子材料は物質ごとに結晶構造が大きく異なるため、簡便な本手法で多種の材料について強誘電ドメインを観察することで、結晶構造と分極反転機構を解明できると期待される。
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| Strategy for Future Research Activity |
今後は複数の材料について強誘電ドメイン構造とそのダイナミクスの観察を行うことで、分極反転機構の理解を進める。また、薄膜デバイスの構築と特性評価も進めていく。FFMIが非接触な測定手法である特徴を利用し、デバイス動作中の強誘電ドメインの挙動を観察する。ドメイン観察の結果をフィードバックすることでデバイス構造や作製プロセスの改善を行う。
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