2020 Fiscal Year Annual Research Report
Nanoscale Engineering of Compositional Modulations in Alloys and Composite Thin Film Oxides for Exploration of Their New Properties and Functionalities
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20H02610
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| Research Institution | Tohoku University |
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Principal Investigator |
松本 祐司 東北大学, 工学研究科, 教授 (60302981)
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| Project Period (FY) |
2020-04-01 – 2023-03-31
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| Keywords | 酸化物薄膜 / ナノ傾斜組成変調 / 光触媒 / 電池材料 / 強誘電体・磁性体 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
計画１ 光触媒材料への応用 （電子・光）「MgZnOのバンドギャップ/分極傾斜膜と光励起キャリア寿命」サファイア基板上でのZnOおよびMg-ZnO薄膜について，XRDとUV-vis測定によるMgの濃度変化に対するc軸長とバンドギャップ変化が既往の報告結果と概ね一致することで，堆積条件の最適化を確認した。この結果に基づき，Mg組成が膜厚方向に増大，または減少した100nm 膜厚の傾斜組成薄膜を試作した。その結果，XRD測定によるピークのブロードニングから組成が傾斜していることが示唆され，実際にXPSの深さ分析により，設計どおりMg組成が傾斜していることを確認することができた。
計画２ 磁性材料への応用（磁気）「傾斜組成La1-xSrxMnO3薄膜の作製と磁気相図と磁気抵抗効果」NdGaO3(110)基板上でのLa1-xSrxMnO3薄膜について， FMR測定による磁気摩擦定数が既往の報告値とほぼ同程度であることで，堆積条件の最適化を確認した。
計画４ 電極材料開発への応用（イオン）「LiCoO2-LiNiO2傾斜組成膜の作製とLi拡散」LiCoO2-LiNiO2傾斜組成膜の作製に先立ち，種々の配向を有するSrTiO3単結晶基板上でのLiCoO2およびCe添加LiCoO2薄膜の堆積条件を最適化し，XRDによる格子定数のCe濃度依存性からCeの固溶限界を見積もり，既往のバルクでの報告値と一致することを確認した。また，この結果に基づき，膜厚方向に増大，または減少した100nm 膜厚の傾斜組成薄膜を試作した。XPSの深さ分析により，設計どおり傾斜していることを確認できた。
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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
計画１ 光触媒材料への応用 （電子・光）「MgZnOのバンドギャップ/分極傾斜膜と光励起キャリア寿命」傾斜膜作製の条件最適化がほぼ終了し，概ね順調である。
計画２ 磁性材料への応用（磁気）「傾斜組成La1-xSrxMnO3薄膜の作製と磁気相図と磁気抵抗効果」NdGaO3(110)基板上でのLa1-xSrxMnO3薄膜について， 計画を前倒しで，作製条件の最適化がほぼ終了し，順調である。
計画４ 電極材料開発への応用（イオン）「LiCoO2-LiNiO2傾斜組成膜の作製とLi拡散」LiCoO2膜作成の条件最適化は終了した。また，この結晶系での添加元素の熱拡散について，Ce添加LiCoO2をモデルケースとして調査し，組成傾斜構造が比較的安定であることを確認し，準備が整った。
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| Strategy for Future Research Activity |
計画１ 光触媒材料への応用 （電子・光）「MgZnOのバンドギャップ/分極傾斜膜と光励起キャリア寿命」今後は，Time-Resolved Microwave Conductivity (TRMC)法により光キャリアの寿命を測定し、これを検証する。また，硝酸銀水溶液からの光銀析出反応についても評価を試み，光キャリア寿命との関係を調査する。さらに，自発分極の影響を調べるために， ZnO単結晶基板上に極性面を制御して同様に傾斜膜を作成し，評価する。
計画２ 磁性材料への応用（磁気）「傾斜組成La1-xSrxMnO3薄膜の作製と磁気相図と磁気抵抗効果」今後は，LaとSrの組成比が傾斜した薄膜を作成し，FMR測定による磁気摩擦定数の評価を行う。
計画４ 電極材料開発への応用（イオン）「LiCoO2-LiNiO2傾斜組成膜の作製とLi拡散」
今後は，Ce添加LiCoO2膜の電池特性の評価を試みるとともに，LiCoO2-LiNiO2傾斜組成膜のための，LiNiO2膜作成の条件最適化を試み，傾斜組成膜の試作とその構造評価を行う。
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