2019 Fiscal Year Research-status Report
Investigation and controlling of a quasi-dopant effect at a ferroelectric charged surface and interface
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19K04495
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| Research Institution | University of Hyogo |
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Principal Investigator |
中嶋 誠二 兵庫県立大学, 工学研究科, 准教授 (80552702)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
藤澤 浩訓 兵庫県立大学, 工学研究科, 教授 (30285340)
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| Project Period (FY) |
2019-04-01 – 2022-03-31
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| Keywords | 擬似ドーパント効果 / 強誘電体 / ビスマスフェライト / 薄膜 / グラフェン / 転写 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
１．Au/BiFeO3(BFO)構造の電気的特性と帯電界面における疑似ドーパント効果の検証とその制御
硬X線光電子分光法を用いて測定したBi4fスペクトルのデータ解析を実施した。その結果光電子の脱出角が低角であるときBi4f結合エネルギーは低結合エネルギー側へシフトしていることが分かり、Au/BFO界面でBFOのエネルギーバンドが上に曲がっていることを始めて見出した。これは、BFOの分極電荷とフェルミ準位の影響を受けているものである。今後は分極反転前後において同様の測定を実施する。
２．BFO薄膜上へのグラフェン転写プロセスの確立
強誘電体BFO薄膜上へのグラフェンの転写プロセスを検討した。イソプロピルアルコールを用いたウェットプロセスで良好な結果が得られた。また、酸素プラズマによるグラフェン膜のパターニングにも成功した。グラフェン/BFO構造のX線光電子分光測定を行った結果、分極反転前後で若干のピークシフトが確認されたが、グラフェン/BFO界面に吸着している水分子の影響がまだ残っており、次年度以降ドライプロセスも検討する。
３．強誘電体BiFeO3薄膜への帯電ドメイン壁の導入
帯電ドメイン壁における疑似ドーパント効果の検証とその制御を実現するために、任意の場所へ帯電ドメイン壁を導入することを試みた。収束イオンビームによりSrTiO3表面へ微細構造を形成することで、その上にBFO薄膜を形成した際に帯電ドメイン壁が導入される可能性を得た。さらに収束イオンビームによる微細加工条件を最適化することで、帯電ドメイン壁導入に最適な構造を探索する。
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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
2019年度は擬似ドーパント効果の確認のため、金属/強誘電体界面のバンド構造を詳しく調べた。また、2次元物質/強誘電体界面の擬似ドーパント効果を検証するために、グラフェンの強誘電体薄膜上への転写プロセスを検討し、平坦なグラフェン膜が強誘電体BiFeO3単結晶薄膜上へ形成されることを確認した。
これらの結果は当初予定していた計画に概ね沿っており、順調に進展していると考えられる。
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| Strategy for Future Research Activity |
2020年度は2019年度実施した。グラフェン転写プロセスを改良し、ドライプロセスによる転写を試みる。これにより、グラフェン/BiFeO3薄膜界面に吸着する水分子の影響を取り除くことが可能になる。また、グラフェン/BiFeO3薄膜界面における擬似ドーパント効果を詳しく調べるために、SPring-8において光電子分光顕微鏡（PEEM)測定を実施する予定である。これに関しては、既に課題申請を行い、ビームタイムの配分を受けている。
次に、強誘電体帯電ドメイン壁における疑似ドーパント効果の検証とその制御を実現するために、2019年度実施した帯電ドメイン導入プロセスを最適化し、任意の位置に帯電ドメイン壁の導入を試みるとともに、走査プローブ顕微鏡（SPM)を用いて、その導電性を検証する。また、分極反転による導電性のスイッチングを検証する。
また、金属/強誘電体界面の擬似ドーパント効果に関しては、分極反転前後において硬X線光電子分光測定を実施する準備を行い、次年度へ向けてSPring-8へのビームタイム申請を行う予定である。
これらの結果から、最終年度には金属/強誘電体界面、2次元物質.強誘電体界面、強誘電体/強誘電体界面における擬似ドーパント効果の制御を実現する。
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Research Products
(19 results)
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[Presentation] Influence of Mn doping into Single crystalline BiFeO3 Thin Films on Their Electronic and Local Atomic Structures2019
Author(s)
S, Nakashima, Y. Fuchiwaki, T. Higuchi, Y. Yamamoto, R. Matsumoto, K. Kimura, N. Happo, K. Hayashi, M. Shimizu, and H. Fujisawa
Organizer
14th International Conference on the Structure of Non-Crystalline Materials
Int'l Joint Research
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