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2022 Fiscal Year Annual Research Report

Exploration of hidden ferroelectricity by real-time observation of the electronic states synchronized with the electric field

Research Project

Project/Area Number 22H01157
Allocation TypeSingle-year Grants
Research InstitutionHiroshima University

Principal Investigator

中島 伸夫  広島大学, 先進理工系科学研究科(理), 准教授 (90302017)

Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) 安井 伸太郎  東京工業大学, 科学技術創成研究院, 助教 (40616687)
Project Period (FY) 2022-04-01 – 2025-03-31
Keywords外部電場同期のX線吸収分光 / フレキソ電気性 / 強誘電性 / チタン酸ストロンチウム / 電子状態
Outline of Annual Research Achievements

全温度にわたって安定な常誘電体であるチタン酸ストロンチウムが、応力歪みや酸素欠損によって強誘電性が現れることがたびたび報告されてきた。近年、室温でも強誘電性が安定に存在するとの報告が相次いでおり、鉛フリー強誘電体としての期待が高まっている。
本研究では、この強誘電性が「外部電場に自発分極が応答する直接型強誘電性であるか」を明らかにする。特に、分極の担い手であるチタンと酸素の共有結合の電場と温度に対する安定性に注目する。実験は、半導体X線検出器の全シグナルを取り込んで測定する「外部電場同期のX線吸収分光法(本年3月報道発表)」の性能を向上させて行う。この手法はあらゆる強誘電体の電子状態測定に適用可能である。酸化ハフニウムや強誘電体メモリ材料など、未解決な点が多く残る注目の新規強誘電性(隠れた強誘電性)にも測定の対象を広げ、電子状態からそのエネルギー安定性を解明する。
初年度は、導電性基板上に蒸着した厚さ15~25nmのチタン酸ストロンチウム薄膜について外部電場に同期したチタンK吸収端スペクトルの測定を行った。これまで研究成果に基づいて、誘電分極の大きさに比例したスペクトル構造(Ti 3d egピーク)の電場応答を確かめたところ、基板の下向きに卓越的に配向した分極の存在が明らかになった。さらに、この分極は膜厚の減少にしたがって減少することも明らかになった。一方で、膜厚が薄い場合は、下向きに配向した分極が外部電場による反転が抑制されることも明らかになった。
この結果を踏まえ、温度依存性の測定やAサイトイオンを置換した測定、酸素イオンの電場応答測定などを実施するための準備に着手している。

Current Status of Research Progress
Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

研究対象物質についてスペクトルデータ測定はできている。チタン酸ストロンチウム薄膜で見出された誘電性が、通常の強誘電性と考えるよりはフレキソ電気性(液晶のように曲げると現れる電気的な歪み)であることを確定的にするための実験に加え、測定対象を他のチタン酸化物についても広げるなど、ほぼ計画通りに研究が進行している。
また、放射光X線を用いた実験を定常的に行うための実験課題も採択されており、当面の研究計画に問題はない。

Strategy for Future Research Activity

研究初年度に測定したスペクトルで、チタン酸ストロンチウム薄膜には自発分極が生じていること、膜厚の依存して分極の大きさや電場応答が変化することなどが明らかになった。
今後は、分極を作り出すもう一方の主役、つまり酸素イオンの電場応答についても研究を展開する。さらに、これまで室温条件下でのみ行ってきたスペクトル測定を、実用的あるいは物理的に重要な±100℃の温度範囲で測定できるように測定装置の開発を進める。

  • Research Products

    (10 results)

All 2023 2022

All Presentation (10 results)

  • [Presentation] 顕微分光測定を用いたアナターゼ/ルチルヘテロ界面のバンドベンディングと光触媒活性の評価2023

    • Author(s)
      廣森慧太、下山 絢女、中島伸夫、長谷川巧、間瀬一彦、小澤健一
    • Organizer
      第36回日本放射光学会・放射光科学合同シンポジウム
  • [Presentation] SrTiO3薄膜の歪み誘起分極の電場応答2023

    • Author(s)
      猫本勇輝、中島伸夫、加藤盛也、上條快、安井伸太郎、足立純一、丹羽尉博、仁谷浩明
    • Organizer
      第36回日本放射光学会・放射光科学合同シンポジウム
  • [Presentation] 圧電体Ba(Ti1-xSnx)O3のSn置換効果の研究2023

    • Author(s)
      坂野碩保、中島伸夫、柿原瑛樹、符 徳勝
    • Organizer
      第36回日本放射光学会・放射光科学合同シンポジウム
  • [Presentation] X線吸収分光法と逆モンテカルロ法による強誘電体BaTiO3の電場下構造解析2023

    • Author(s)
      加藤盛也、中島伸夫、大沢仁志、加藤和男、伊奈稔哲、Anspoks Andris
    • Organizer
      第36回日本放射光学会・放射光科学合同シンポジウム
  • [Presentation] 顕微X線光電子分光によるPd-Rh合金の内殻準位の組成依存性2023

    • Author(s)
      下山絢女、中島伸夫、廣森慧太、石松直樹、間瀬一彦、小澤健一
    • Organizer
      第36回日本放射光学会・放射光科学合同シンポジウム
  • [Presentation] Aサイト秩序型ペロブスカイトCaCu3Ti4O12の電子構造の温度依存性2023

    • Author(s)
      手塚泰久、島村仁章、任皓駿、渡辺孝夫、野澤俊介、中島伸夫、岩住俊明
    • Organizer
      第36回日本放射光学会・放射光科学合同シンポジウム
  • [Presentation] X線吸収分光法を用いたAlFeO3薄膜の抵抗スイッチング特性の研究2023

    • Author(s)
      遠藤優理、加藤盛也、中島伸夫、Rao Badari、安井伸太郎、大沢仁志、河村直己
    • Organizer
      第36回日本放射光学会・放射光科学合同シンポジウム
  • [Presentation] Ba(Ti1-xSnx)O3セラミックスの圧電特性向上に対する Sn置換効果2023

    • Author(s)
      中島伸夫、坂野碩保、手塚泰久、符徳勝
    • Organizer
      2022年度量子ビームサイエンスフェスタ
  • [Presentation] 顕微分光測定を用いたアナターゼ/ルチル界面の 光触媒活性と電子構造の評価2023

    • Author(s)
      廣森慧太、中島伸夫、下山 絢女、長谷川巧、和田真一、高橋修、間瀬一彦、小澤健一
    • Organizer
      2022年度量子ビームサイエンスフェスタ
  • [Presentation] Aサイト秩序型ペロブスカイトCaCu3Ti4O12の電子構造の温度依存性2022

    • Author(s)
      手塚泰久、島村仁章、任皓駿、渡辺孝夫、野澤俊介、中島伸夫、岩住俊明
    • Organizer
      日本物理学会2022年秋季大会

URL: 

Published: 2023-12-25  

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