2021 Fiscal Year Research-status Report
エピタキシャル歪を用いた金属イオン分布の制御と磁気特性に関する研究
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21K14413
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| Research Institution | 防衛大学校(総合教育学群、人文社会科学群、応用科学群、電気情報学群及びシステム工学群) |
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Principal Investigator |
浜嵜 容丞 防衛大学校(総合教育学群、人文社会科学群、応用科学群、電気情報学群及びシステム工学群), 応用科学群, 助教 (40826624)
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| Project Period (FY) |
2021-04-01 – 2023-03-31
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| Keywords | 薄膜 / マルチフェロイック / エピタキシャル |
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| Outline of Annual Research Achievements |
「Society 5.0」の実現には消費電力低減は急務の課題であり、磁気秩序と強誘電性を併せ持つマルチフェロイック物質を用いたメモリは低消費電力が期待される。しかしながら、現在存在が確認されているマルチフェロイック物質全般に共通する問題として、磁気秩序発現温度が室温より極めて低いことが挙げられる。本研究では、室温マルチフェロイック物質の有力候補のε-Fe2O3に着目した。強誘電性測定の妨げとなるリーク電流は、磁性元素の非磁性元素への置換で改善されるが、逆に磁気相転移温度が低下してしまう問題がある。申請者は、ε-Fe2O3では磁性元素の占有サイトの違いにより磁気相互作用が大きく変化することに着目し、単結晶基板からのエピタキシャル歪によって薄膜の磁性元素のサイト占有率を変化させ、磁気特性を制御かつ向上させることを目的とする。
パルスレーザー堆積装置を用いてAl置換したε-Fe2O3薄膜をSrTiO3(111)単結晶基板上に堆積させ、薄膜の結晶構造と磁気特性について評価した。非磁性元素のAl置換によりキュリー温度は、置換量の増加と共に減少する傾向が見れた。一方、粉末試料においてキュリー温度の報告のあるAlFeO3では、薄膜のキュリー温度が粉末試料に比べ約６０℃上昇していることが確認できた。X線回折装置による結晶構造解析より面内の格子定数を調べたところ、粉末試料に比べb/a比が小さくなっていることが分かった。これは、六方格子面のエピタキシャル歪を受けることでサイト占有率が変化し、磁気特性が変化したためであると考えられる。
今後は、六方晶から歪んだ単結晶基板を使用し、結晶構造および磁気特性の評価を行っていく。
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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
パルスレーザー堆積装置を用いてAl置換したε-Fe2O3薄膜をSrTiO3(111)単結晶基板上に堆積させ、薄膜の結晶構造と磁気特性について評価した。非磁性元素のAl置換によりキュリー温度は、置換量の増加と共に減少する傾向が見れた。一方、粉末試料においてキュリー温度の報告のあるAlFeO3では、薄膜のキュリー温度が粉末試料に比べ約６０℃上昇していることが確認できた。X線回折装置による結晶構造解析より面内の格子定数を調べたところ、粉末試料に比べb/a比が小さくなっていることが分かった。これは、ε-Fe2O3の格子定数比b/aは√3に近い値を取り擬六方晶と見ることもできる。薄膜がSrTiO3(111)単結晶基板の六方格子面のエピタキシャル歪を受けることでサイト占有率が変化し、磁気特性が変化したためであると考えられる。格子定数比の変化は、Al置換したε-Fe2O3薄膜において系統的に見られている。
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| Strategy for Future Research Activity |
今後は、基板選択によるサイト占有率の制御可能性について検証するため、歪んでいない六方面を持つ基板ではなく、歪んだ六方晶基板（LiGaO2(001)基板or LiAlO2(001)基板）に薄膜を成長させ、X線回折装置を用いて薄膜の格子定数比b/aを調べ、磁気特性評価装置を用いて磁気相転移温度と磁気モーメントの大きさを調べる。格子定数比b/aと磁気特性を比較し、エピタキシャル歪とサイト占有率の関係を明らかにする。
また、Al置換したε-Fe2O3薄膜だけでなくGa置換したε-Fe2O3薄膜でも検証を行う。
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| Causes of Carryover |
物品の要求を上げたが、納期が長すぎるため取り下げとなった。本年度は、昨年度取り下げとなった物品を改めて要求する。
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Research Products
(3 results)
