2022 Fiscal Year Annual Research Report
Multiple phase transitions and optoelectronic properties of new metastable titanate
| Project/Area Number |
22H01947
|
|---|
| Allocation Type | Single-year Grants |
|---|
| Research Institution | Tohoku University |
|---|
Principal Investigator |
吉松 公平 東北大学, 多元物質科学研究所, 講師 (30711030)
|
|---|
| Project Period (FY) |
2022-04-01 – 2025-03-31
|
| Keywords | 酸化物薄膜 / 酸化チタン / 光誘起相転移 / 金属絶縁体転移 |
|---|
| Outline of Annual Research Achievements |
酸化チタンの１種であるTi3O5は５つの結晶多形を持つ。その中で、λ相Ti3O5は室温かつ永続的な光誘起相転移を示すという、酸化物で唯一の特徴を持つ。他にも圧力や温度、電流印加でλ相Ti3O5は結晶多形間での相転移を発現する。二元系の単純な組成を持ちながら多彩な相転移を示すことから、相転移発現メカニズムの解明が望まれている。しかしλ相Ti3O5は室温準安定相であるため、これまでナノサイズの多結晶体試料しか得られていない。そこで本研究では、基板応力による構造安定化を活用することで薄膜によるλ相Ti3O5の大面積単結晶合成を行った。また、温度と光刺激によるλ相Ti3O5の相転移観測を行った。薄膜合成では、LaAlO3 (110)基板を用い基板温度を1100度とすることで、(100)面直配向したλ相Ti3O5薄膜が得られることを明らかにした。温度刺激による相転移については抵抗率の温度依存性および、放射光X線回折とラマン分光測定による構造相転移の観点から明らかにした。抵抗率の温度依存性からは、相転移を示唆するキンク構造や金属絶縁体転移を観測した。放射光X線回折からは単斜晶角を決定し、ランダウ理論に基づく温度依存性のフィッティングから転移温度が~460 Kと決定した。
光刺激については、ナノ秒のNd: YAGレーザを用いた永続的な光誘起相転移とフェムト秒のTi:sapphireレーザを用いたポンププローブ法によるダイナミクスの観測を行った。ナノ秒レーザの照射では、β相からλ相への相転移の発現を顕微ラマン分光測定から明らかにした。フェムト秒レーザによる時間分解計測では、ポンプ光照射から1ピコ秒未満での透過率反射率の変化を見出した。
|
| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
1: Research has progressed more than it was originally planned.
Reason
初年度の段階で薄膜形成から光・温度刺激による相転移の発現と観測へと進ことができた。特に温度刺激による相転移では、構造と電気特性の密接な関係を明らかにできたため、原著論文の形で報告をする予定である。一方で、光刺激による相転移については今後も実験研究を継続する予定である。
|
| Strategy for Future Research Activity |
次年度以降は、光と電流刺激による相転移の発現と観測を進める計画である。光刺激については、初年度の継続としてナノ秒レーザ照射による相転移発現実験を進め、λ相からβ相への永続的な光誘起相転移の発現を目指す。ポンププローブ法による時間分解計測については、測定温度や偏光を変えた実験を進めることで光誘起相転移のダイナミクスを明らかにしていく計画である。また、電流刺激による相転移の発現を行うため、薄膜の二端子デバイスの形成を進めていく。フォトリソグラフィーと反応性イオンエッチング、スパッタリング法による電極蒸着により、電流印加領域を定義した一連の素子を形成し、電流誘起の相転移を定量的に評価していく。さらに電流誘起の相転移を構造の観点から明らかにするため、電流印加下での微細領域の結晶構造評価が可能な顕微ラマン測定システムの構築を進めていく予定である。
|
