光化学活性を有する超構造磁性酸化物の創製

2014 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 24245035
• Research Institution: Tokyo Institute of Technology
• Principal Investigator: 大友 明 東京工業大学, 理工学研究科, 教授 (10344722)
• Project Period (FY): 2012-04-01 – 2015-03-31
• Keywords: 磁性材料 / 光化学機能 / 超構造薄膜 / 電気・磁気デバイス / 元素戦略

Outline of Annual Research Achievements

平成26年度は、原子配列構造に起因した遷移金属酸化物中の電荷・スピン・軌道の相互作用と、それらに基づく電気・磁気・光学的特性を包括的に検証することで研究全体を総括した。
まず、LiTi2O4薄膜の電気化学的ドーピング法を開発し、可逆的な超伝導-絶縁体転移を確認するとともに、Li組成に依存した超伝導ドームの存在を初めて明らかにした。本手法をWO3薄膜に適用し、フォトクロミズムに対応した金属-絶縁体転移を確認した。上記の結果から、本手法は、電荷状態と電気・光学的特性を直接結びつけて物質機能を開拓するために有効な手段であると結論した。
次に、昨年度の課題であるX線磁気円二色性分光測定（XMCD）を実施し、マクロな磁化特性とスピン配列構造を関連付けて磁性の起源を解明した。具体的には、本研究で新規に合成したダブルペロブスカイトLa2MnFeO6に対して、XMCDならびにX線光電子分光・X線吸収分光測定を実施し、Mn/Feサイトの反強磁性的なスピン相互作用と磁化特性のオーダー度（MnとFeの格子サイトにおける秩序度）依存性を説明することに成功した。また、研究全体を通して5つ目となる新奇ダブルペロブスカイトのSr2CoRuO6の合成に成功した。
さらに、可視光応答型光触媒として有望なα-Fe2O3に対して、配向制御した薄膜を合成し、光水分解反応中にインピーダンス解析を行った。その結果、光キャリアのダイナミクスが面方位に劇的に依存するという予想しなかった結果が得られた。また、Fe系複酸化物であるLaFeO3とSrTiO3のヘテロ接合で界面分極が光キャリアの生成効率に与える影響を明らかにした。
上記に加えて、LaGaO3系深紫外発光材料の可能性を検討し、室温バンド端発光を確認した。バンド端発光は他のGa系酸化物では全く見られないことから、今後検討を進めることで新しい深紫外発光材料の開発が期待できる。

Research Progress Status

26年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

26年度が最終年度であるため、記入しない。

Research Products

• [Journal Article] Pulsed-laser deposition of superconducting LiTi2O4 ultrathin films (2015)
  • Author(s): Takayoshi Oshima, Kosuke Yokoyama, Mifuyu Niwa, Akira Ohtomo
  • Journal Title: Journal of Crystal Growth Volume: 419 Pages: 153-157
  • DOI: doi:10.1016/j.jcrysgro.2015.03.029
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Direct growth of metallic TiH2 thin films by pulsed laser deposition (2015)
  • Author(s): Kohei Yoshimatsu, Takayuki Suzuki, Nobuo Tsuchimine, Koji Horiba, Hiroshi Kumigashira, Takayoshi Oshima, Akira Ohtomo
  • Journal Title: Applied Physics Express Volume: 8 Pages: 035801-1-4
  • DOI: 10.7567/APEX.8.035801
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Synthesis and magnetic properties of double-perovskite oxide La2MnFeO6 thin films (2015)
  • Author(s): Kohei Yoshimatsu, Kengo Nogami, Keisuke Watarai, Koji Horiba, Hiroshi Kumigashira, Osami Sakata, Takayoshi Oshima, Akira Ohtomo
  • Journal Title: Physical Review B Volume: 91 Pages: 054421-1-6
  • DOI: 10.1103/PhysRevB.91.054421
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Presentation] 酸素ラジカル支援PLD法による酸化ガリウム系混晶薄膜の成長 (2015)
  • Author(s): 若林 諒, 服部 真依, 大島 孝仁, 佐々木 公平, 増井 建和, 倉又 朗人, 山腰 茂伸, 吉松 公平, 大友 明
  • Organizer: 第62回応用物理学会春季学術講演会
  • Place of Presentation: 東海大学湘南キャンパス(神奈川県)
  • Year and Date: 2015-03-11 – 2015-03-14
• [Presentation] β-(AlxGa1-x)2O3/β-Ga2O3 ヘテロ接合のバンドオフセット評価 (2015)
  • Author(s): 服部 真依, 若林 諒, 大島 孝仁, 佐々 木 公平, 増井 建和, 倉又 朗人, 山腰 茂 伸, 堀場 弘司, 組頭 広志, 吉松 公平, 大友 明
  • Organizer: 第62回応用物理学会春季学術講演会
  • Place of Presentation: 東海大学湘南キャンパス(神奈川県)
  • Year and Date: 2015-03-11 – 2015-03-14
• [Presentation] 電気化学的Li挿入によるWO3エピタキシャル薄膜の金属化 (2015)
  • Author(s): 相馬 拓人, 吉松 公平, 丹羽 三冬, 大島 孝仁, 大友 明
  • Organizer: 第62回応用物理学会春季学術講演会
  • Place of Presentation: 東海大学湘南キャンパス(神奈川県)
  • Year and Date: 2015-03-11 – 2015-03-14
• [Presentation] 配向を制御したα-Fe2O3薄膜のインピーダンス測定評価 (2015)
  • Author(s): 増子 尚徳, 吉松 公平, 大島 孝仁, 大友 明
  • Organizer: 第62回応用物理学会春季学術講演会
  • Place of Presentation: 東海大学湘南キャンパス(神奈川県)
  • Year and Date: 2015-03-11 – 2015-03-14
• [Presentation] CaxSm1-xTiO3エピタキシャル薄膜の作製と電気特性評価 (2015)
  • Author(s): 岡部 宏和, 吉松 公平, 大島 孝仁, 大友 明
  • Organizer: 第62回応用物理学会春季学術講演会
  • Place of Presentation: 東海大学湘南キャンパス(神奈川県)
  • Year and Date: 2015-03-11 – 2015-03-14
• [Presentation] ダブルペロブスカイト型Sr2CoRuO6の薄膜合成と物性 (2015)
  • Author(s): 渡会 啓介, 吉松 公平, 大島 孝仁, 大 友 明
  • Organizer: 第62回応用物理学会春季学術講演会
  • Place of Presentation: 東海大学湘南キャンパス(神奈川県)
  • Year and Date: 2015-03-11 – 2015-03-14
• [Presentation] Fabrication and Characterization of Semiconductor-Photoelectrodes Based on Earth-Abundant Fe2O3 with Various Crystalline Orientations (2014)
  • Author(s): Hisanori Mashiko, Kohei Yoshimatsu, Takayoshi Oshima, Akira Ohtomo
  • Organizer: The 3rd International Education Forum on Environment and Energy Science
  • Place of Presentation: Perth, Australia
  • Year and Date: 2014-12-12 – 2014-12-16
• [Presentation] 酸素ラジカル支援PLD法によるβ-（AlxGa1- x）2O3薄 膜の作製 (2014)
  • Author(s): 若林 諒, 服部 真依, 大島 孝仁, 向井 章, 佐々木 公平, 増井 建和, 倉又 朗人, 山腰 茂伸, 吉松 公平, 大友 明
  • Organizer: 第１回 MRS-J / E-MRS ジョイントシンポジウム 透明酸化物デバイスの新展開
  • Place of Presentation: 横浜市開港記念会館(神奈川県)
  • Year and Date: 2014-12-10 – 2014-12-12
• [Presentation] Graphoepitaxy of ZnO: novel selection rule of domain formation on nanopatterned glass surface (2014)
  • Author(s): Akira Ohtomo, Masaaki Irino, Kazuki Ohashi, Takayoshi Oshima
  • Organizer: 2014 Materials Research Society Fall Meeting
  • Place of Presentation: Boston, USA
  • Year and Date: 2014-11-30 – 2014-12-05
  • Invited
• [Presentation] Synthesis and spectroscopic study on double-perovskite oxide thin films (2014)
  • Author(s): Kohei Yoshimatsu, Kengo Nogami, Keisuke Watarai, Hisanori Mashiko, Enju Sakai, Hiroshi Kumigashira, Osami Sakata, Takayoshi Oshima, Akira Ohtomo
  • Organizer: 2014 Energy Materials Nanotechnology Open Access week
  • Place of Presentation: 成都, 中国
  • Year and Date: 2014-09-22 – 2014-09-25
  • Invited
• [Presentation] 伝導性γ 相酸化ガリウム薄膜の作製 (2014)
  • Author(s): 松山 慶太朗, 大島 孝仁, 吉松 公平, 大友 明
  • Organizer: 第75回応用物理学会秋季学術講演会
  • Place of Presentation: 北海道大学札幌キャンパス(北海道)
  • Year and Date: 2014-09-17 – 2014-09-20
• [Presentation] Li 脱挿入によるLiTi2O4 超伝導- 絶縁状態間の可逆的スイッチング (2014)
  • Author(s): 丹羽 三冬, 吉松 公平, 大島 孝仁, 大友 明
  • Organizer: 第75回応用物理学会秋季学術講演会
  • Place of Presentation: 北海道大学札幌キャンパス(北海道)
  • Year and Date: 2014-09-17 – 2014-09-20
• [Presentation] 配向を制御したα -Fe2O3薄膜の半導体光電極特性 (2014)
  • Author(s): 増子 尚徳, 吉松 公平, 大島 孝仁, 大友 明
  • Organizer: 第75回応用物理学会秋季学術講演会
  • Place of Presentation: 北海道大学札幌キャンパス(北海道)
  • Year and Date: 2014-09-17 – 2014-09-20
• [Presentation] LaFeO3/SrTiO3ヘテロ構造の半導体光電極特性 (2014)
  • Author(s): 中村 研太郎, 増子 尚徳, 吉松 公平, 大島 孝仁, 大友 明
  • Organizer: 第75回応用物理学会秋季学術講演会
  • Place of Presentation: 北海道大学札幌キャンパス
  • Year and Date: 2014-09-17 – 2014-09-20
• [Presentation] TiOx薄膜の合成と物性 (2014)
  • Author(s): 吉松 公平, 大島 孝仁, 大友 明
  • Organizer: 第75回応用物理学会秋季学術講演会
  • Place of Presentation: 北海道大学札幌キャンパス(北海道)
  • Year and Date: 2014-09-17 – 2014-09-20
• [Presentation] ダブルペロブスカイト型La2TiFeO6の薄膜成長と物性 (2014)
  • Author(s): 渡会 啓介, 吉松 公平, 大島 孝仁, 大友 明
  • Organizer: 第75回応用物理学会秋季学術講演会
  • Place of Presentation: 北海道大学札幌キャンパス(北海道)
  • Year and Date: 2014-09-17 – 2014-09-20
• [Presentation] LaGaO3エピタキシャル薄膜の成長と深紫外カソードルミネッセンス特性評価 (2014)
  • Author(s): 向井 章, 大島 孝仁, 吉松 公平, 藤井 俊輔, 須山 敏尚, 大友 明
  • Organizer: 第75回応用物理学会秋季学術講演会
  • Place of Presentation: 北海道大学札幌キャンパス(北海道)
  • Year and Date: 2014-09-17 – 2014-09-20
• [Presentation] 高機能薄膜のグラフォエピタキシーに向けたガラス基板のナノパターニング (2014)
  • Author(s): 大橋 一輝, 入野 将昴, 大島 孝仁, 吉松 公平, 大友 明
  • Organizer: 第75回応用物理学会秋季学術講演会
  • Place of Presentation: 北海道大学札幌キャンパス(北海道)
  • Year and Date: 2014-09-17 – 2014-09-20
• [Remarks] 研究室ホームページ （東京工業大学大学院理工学研究科応用化学専攻大友研究室）
  • URL: http://www.apc.titech.ac.jp/~aohtomo/index.html
• [Remarks] 研究者紹介 （顔 東工大の研究者たち）
  • URL: http://www.titech.ac.jp/research/stories/ohtomo.html
• [Patent(Industrial Property Rights)] 深紫外発光材料 (2014)
  • Inventor(s): 須山 敏尚, 藤井 俊輔, 大友 明, 大島 孝仁, 向井 章
  • Industrial Property Rights Holder: 株式会社トクヤマ
  • Industrial Property Rights Type: 特許特開2014-175993
  • Patent Publication Number: 特開2014-175993
  • Filing Date: 2014-08-29
• [Patent(Industrial Property Rights)] 深紫外発光材料 (2014)
  • Inventor(s): 須山 敏尚, 藤井 俊輔, 大友 明, 大島 孝仁, 向井 章
  • Industrial Property Rights Holder: 株式会社トクヤマ
  • Industrial Property Rights Type: 特許特開2014-175994
  • Patent Publication Number: 特開2014-175994
  • Filing Date: 2014-08-29