2022 Fiscal Year Annual Research Report
Domain switching mechanism in binary ferroelectric
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20H00314
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| Research Institution | National Institute of Advanced Industrial Science and Technology |
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Principal Investigator |
伊藤 満 国立研究開発法人産業技術総合研究所, エレクトロニクス・製造領域, 招聘研究員 (30151541)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
高島 浩 国立研究開発法人産業技術総合研究所, エレクトロニクス・製造領域, 上級主任研究員 (10357353)
森分 博紀 一般財団法人ファインセラミックスセンター, その他部局等, 主席研究員 (40450853)
佐藤 幸生 九州大学, 工学研究院, 准教授 (80581991)
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| Project Period (FY) |
2020-04-01 – 2023-03-31
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| Keywords | 2次元化合物強誘電体 / 分極反転機構 / 単結晶薄膜 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では、強誘電体設計に関するこれまでの経験を活かし、物質合成を行い、単結晶酸化物・窒化物薄膜の合成を試みた。これまで展開してきたウルツァイト型、κアルミナ型化合物の単結晶薄膜の強誘電性を実験的・計算科学的に詳らかにし、2つの一軸性強誘電体グループにおいて外部電場で分極反転を可能にする分極反転のメカニズムを元素置換の効果と絡めながら、詳細を議論し最適な物質選択により実験を行った。気相成長により、母体となるAlN、GaNのマトリックスおよびScドープ材料の原子平坦性に優れた高品質単結晶薄膜の実現を図り、結晶性、表面平坦性、断面構造の詳細を探索した。AlNマトリックスScドープ薄膜は、１元ターゲットによるスパッタ法により成膜を行ったが、先行研究で得られている最大分極には至らなかった。薄膜の平面・断面STEM観察により、元素マッピングを行った結果、理想的化学組成であることを確認した。元素のインターディフュージョンは観測されなかった。さらにドメイン境界・ドメイン壁内の原子配列と変位を詳細に観察し、分極がドメイン壁内で過剰イオン、欠損イオン等の格子欠陥と如何に結合しながら回転する実像で捉える糸口を掴んだ。さらに、代表的ウルツァイト型化合物 (AlN、GaN、InN、AlP、LiSiNO等)の分極反転エネルギーを計算し、2種類の金属イオンが複合化して秩序配列する場合と無秩序な場合のエネルギー的安定性と分極反転エネルギーの差を計算で詳細に求めた。この結果、 金属イオンの複合化と置換効果を定量的に説明して物質探索の指針を得た。今後、本研究で得られた新規な材料設計指針に沿い酸化物で新規強誘電体薄膜作製を試みる。
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| Research Progress Status |
令和4年度が最終年度であるため、記入しない。
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| Strategy for Future Research Activity |
令和4年度が最終年度であるため、記入しない。
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