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2013 Fiscal Year Research-status Report

内部ポテンシャル変調に着目した強誘電体薄膜リーク機構の解明

Research Project

Project/Area Number 24656372
Research InstitutionTohoku University

Principal Investigator

木口 賢紀  東北大学, 金属材料研究所, 准教授 (70311660)

Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) 佐藤 和久  東北大学, 金属材料研究所, 助教 (70314424)
Keywords電子顕微鏡 / 位相再構成 / 内部ポテンシャル / 強誘電体 / 薄膜 / CSD法 / PMN
Research Abstract

本年度は、MOD原料を用いたCSD法でSrTiO3単結晶基板上へのPb(Mg1/3Nb2/3)O3薄膜のエピタキシャル成長条件と結晶性向上のための条件を検討し、高分解能電子顕微鏡法により結晶構造と組織を詳細に調べるとともに、収差補正TEM/STEMによる原子分解能観察を行った。さらに、原子分解能像の位相再構成によって試料直下における波面を推定し、波動関数の位相分布算出を試みた。Pb(Mg1/3Nb2/3)O3薄膜について、Pb10at%過剰の仕込み組成で酸素雰囲気中650℃で結晶化した薄膜は、XRDによりPMN単相でかつ113ピークのロッキングカーブ半値幅が0.1°オーダーの高い結晶性を示した。パイロクロア相の生成を抑制し、かつ優れた結晶性を達成したペロブスカイト相単相のエピタキシャル薄膜の成長を実現できたことを示唆している。また、Pb(Mg1/3Nb2/3)O3とPbTiO3の固溶体(PMN-PT)についてもエピタキシャル成長を実現し、これらの薄膜の収差補正TEM及び収差補正HAADF/ABF-STEM像観察により、酸素原子を含めた原子カラムの結像に成功した。特に、収差補正TEM原子分解能像の位相再構成によって試料直下における波動場を推定し、波動関数の位相分布の再生を試みた。現段階では結晶試料薄片の厚みに依存した動力学的回折が無視できないため、さらに結晶試料薄片の厚さに対する波動関数の位相分布の変化を実験及び像シミュレーションの両面からに解析する必要がある。

Current Status of Research Progress
Current Status of Research Progress

3: Progress in research has been slightly delayed.

Reason

本年度では、CSD法によりPb(Mg1/3Nb2/3)O3エピタキシャル薄膜の結晶性向上及びPbTiO3との固溶体薄膜のエピタキシャル成長を確立すると共に、収差補正電子顕微鏡観察によるナノ組織の解明と原子分解能画像の位相再構成により試料直下における波動場の推定の段階まで到達した。従って、内部ポテンシャル解析やリーク特性評価に耐えうる試料が得られたと考えられ、この点については概ね順調に進展している。ただし、共用設備の改修によりBiFeO3薄膜における位相再構成およびリーク特性評価に関する実験に遅れが生じたこと、さらに動力学的効果の検証の2点については次年度研究を進める必要がある。

Strategy for Future Research Activity

次年度は、得られたPMN-PT薄膜を使用して、結晶試料薄片の厚さに対する波動関数の位相分布の変化を実験的に解析すると共に、BiFeO3薄膜についても高分解能電子顕微鏡画像の位相再構築による内部ポテンシャル評価を中心に研究を進めるとともに、マクロな電気特性との対応を明らかにする予定である。

Expenditure Plans for the Next FY Research Funding

研究遂行に必要な共用の研究設備(電子顕微鏡)が、2013年1月より3月末までの期間、急遽施設の大幅改修が実施され、関連する実験の遂行が滞ったことから、これまでに得られた研究成果の検討に必要な追加実験を次年度に延長し、成果をまとめる必要が生じたため。
追加実験用の試料作製等に必要な消耗品や、今年度までに得られた成果と併せて取りまとめ、総合的に成果の検討を行い、学術雑誌への論文投稿や学会発表を通した成果の公表に使用する予定である。

  • Research Products

    (27 results)

All 2014 2013

All Journal Article (13 results) (of which Peer Reviewed: 13 results) Presentation (14 results) (of which Invited: 1 results)

  • [Journal Article] TEM analysis of the nanostructure of Pb(Mg1/3Nb2/3)O3 thin films by MOD method2014

    • Author(s)
      Y. Misaka, T. Kiguchi, K. Sato, T. Nishimatsu, T. Yamada, N. Usami, and T.J. Konno
    • Journal Title

      Key Eng. Mater.

      Volume: 582 Pages: 19-22

    • DOI

      10.4028/www.scientific.net/KEM.582.19

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] TEM study for self orientated LaNiO3 film along [001]2014

    • Author(s)
      Naonori Sakamoto, Kotaro Ozawa, Kohei Murakoshi, Tomoya Ohno , Takanori Kiguchi, Takeshi Matsuda, Toyohiko J. Konno, Naoki Wakiya, and Hisao Suzuki
    • Journal Title

      Key Engineering Materials

      Volume: 582 Pages: 185-188

    • DOI

      10.2109/jcersj2.122.185

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Columnar Grain Boundary Coherence in Yttria-Stabilized Zirconia Thin Film: Effects on Ionic Conductivity2014

    • Author(s)
      Takanori Kiguchi, Toyohiko J. Konno, Hiroshi Funakubo, Osamu Sakurai, Kazuo Shinozaki
    • Journal Title

      Journal of Ceramics Society Japan

      Volume: 122 Pages: 72-77

    • DOI

      10.2109/jcersj2.122.72

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Effects of Annealing Process on the Structure of Mn-Doped BiFeO3 Thin Films2013

    • Author(s)
      M. Mizugai, T. Kiguchi, N. Usami, K. Shinozaki, T.J. Konno
    • Journal Title

      Key Engineering Materials

      Volume: 566 Pages: 155-158

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Effect of Excess Pb on Epitaxial Growth of Pb(Mg1/3Nb2/3)O3 Thin Films Prepared by Chemical Solution Deposition Process2013

    • Author(s)
      Takanori Kiguchi, Yoshihiro Misaka, Masahiko Nishijima, Naonori Sakamoto, Naoki Wakiya, Hisao Suzuki, and Toyohiko J. Konno
    • Journal Title

      Journal of Ceramics Society Japan

      Volume: 121 Pages: 638-643

    • DOI

      10.2109/jcersj2.121.638

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Nano-structure around 90° domain wall and elastic interaction with misfit dislocation in PbTiO3 thin film2013

    • Author(s)
      T. Kiguchi, K. Aoyagi, Y. Ehara, H. Funakubo, T. Yamada,N. Usami, T.J. Konno
    • Journal Title

      Key Engineering Materials

      Volume: 566 Pages: 167-170

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Analysis of Lattice Defects in an Epitaxial PbTiO3 Thick Film by Transmission Electron Microscopy2013

    • Author(s)
      K. Aoyagi, T. Kiguchi, Y. Ehara, H. Funakub, and , T. J. Konno
    • Journal Title

      Key Engineering Materials

      Volume: 566 Pages: 171-174

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Control of Dip Shape in Photonic Nanostructures by Maskless Wet-Etching Process and Its Impact on Optical Properties2013

    • Author(s)
      Yusuke Hoshi, Wugen Pan, Takanori Kiguchi, Kazufumi Ooi, Takeshi Tayagaki, Noritaka Usami
    • Journal Title

      Japanese Journal of Applied Physics RAPID COMMUNICATION

      Volume: 52 Pages: 080202 (4pages)

    • DOI

      10.7567/JJAP.52.080202

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Micro/Crystal structure analysis of CSD derived porous LaNiO3 electrode films2013

    • Author(s)
      Naonori Sakamoto, Kotaro Ozawa, Tomoya Ohno, Takanori Kiguchi, Takeshi Matsuda, Toyohiko Konno, Naoki Wakiya, and Hisao Suzuki
    • Journal Title

      Journal of Ceramics Society Japan

      Volume: 121 Pages: 619-622

    • DOI

      10.2109/jcersj2.121.619

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Fabrication and Electrochemical Performance of Lithium Polymer Battery Using Mesoporous Silica/Polymer Hybrid Electrolyte2013

    • Author(s)
      Masanobu Nakayama, Takashi Okajima, Yoshihiro Yamamoto, Shinji Baba, Kaede Iizuka, Masayuki Nogami, Dai Mochizuki, Takanori Kiguchi, and Shigeki Kuroki
    • Journal Title

      Journal of Ceramics Society Japan

      Volume: 121 Pages: 723-729

    • DOI

      10.2109/jcersj2.121.723

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Fabrication and Evaluation of One-axis Oriented Lead Zirconate Titanate Films using Metal-oxide Nanosheet Interface Layer2013

    • Author(s)
      Yoshiki Minemura, Kohei Nagasaka, Takanori Kiguchi, Toyohiko J. Konno, Hiroshi Funakubo, and Hiroshi Uchida
    • Journal Title

      Japanese Journal of Applied Physics

      Volume: 52 Pages: 09KA04 (7pages)

    • DOI

      10.7567/JJAP.52.09KA04

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Crystal Structure for Hydrothermally-synthesized Epitaxial (KxNa1-x)NbO3 films2013

    • Author(s)
      Takahisa Shiraishi, Noriyuki Kaneko, Hiro Einishi, Takao Shimizu, Minoru Kurosawa, Hiroshi Uchida, Takeshi Kobayashi, Takanori Kiguchi, Toyohiko J. Konno, and Hiroshi Funakubo
    • Journal Title

      Japanese Journal of Applied Physics

      Volume: 52 Pages: 09KA11 (5pages)

    • DOI

      10.7567/JJAP.52.09KA11

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Direct Observation of Atomic Arrangement around 90° Domain Wall in Lead Titanate Thin Film.2013

    • Author(s)
      Takanori Kiguchi, Toyohiko J. Konno, Yoshitaka Ehara, Tomoaki Yamada, and Hiroshi Funakubo
    • Journal Title

      Materials Research Society Symposium Proceeding

      Volume: 1515 Pages: 1515II0502 (6)

    • DOI

      10.1557/opl.2013.1094

    • Peer Reviewed
  • [Presentation] (Hf0.5Zr0.5)O2薄膜の強誘電性評価2014

    • Author(s)
      横内達彦, 清水荘雄, 及川貴弘, 白石貴久, 木口賢紀, 赤間章裕, 今野豊彦, Alexei Gruverman, 舟窪浩
    • Organizer
      第61回応用物理学会関係連合講演会(春期)
    • Place of Presentation
      相模原
    • Year and Date
      20140317-20140320
  • [Presentation] 雰囲気制御下におけるCoxOy系薄膜の室温エピタキシャル成長と異種積層膜の作製2014

    • Author(s)
      松田晃史, 金子智, 木口賢紀, 吉本護
    • Organizer
      第61回応用物理学会関係連合講演会(春期)
    • Place of Presentation
      相模原
    • Year and Date
      20140317-20140320
  • [Presentation] PMN-PT薄膜における規則構造の原子分解能観察2014

    • Author(s)
      範滄宇, 木口賢紀, 今野豊彦, 山田智明
    • Organizer
      日本セラミックス協会2014年年会
    • Place of Presentation
      横浜
    • Year and Date
      20140317-20140319
  • [Presentation] Pb(Mg1/3Nb2/3)O3薄膜の原子分解能走査型電子顕微鏡観察2014

    • Author(s)
      範滄宇, 木口賢紀, 今野豊彦, 安本洵, 山田智明, 長崎正雅
    • Organizer
      日本顕微鏡学会 第38回関東支部講演会
    • Place of Presentation
      東京
    • Year and Date
      20140308-20140308
  • [Presentation] Pb(Mg1/3Nb2/3)O3薄膜における化学的秩序構造2014

    • Author(s)
      木口賢紀, 範滄宇, 今野豊彦, 安本洵, 長崎正雅, 山田智明
    • Organizer
      日本セラミックス協会第52回セラミックス基礎科学討論会
    • Place of Presentation
      名古屋
    • Year and Date
      20140109-20140110
  • [Presentation] Atomic resolution imaging for Pb-based ferroelectric thin films using aberration-corrected electron microscopy2014

    • Author(s)
      Takanori Kiguchi
    • Organizer
      CMSI/CMRI Workshop for Ferroelectrics and Related Materials
    • Place of Presentation
      仙台
    • Year and Date
      20140106-20140106
    • Invited
  • [Presentation] Pb(Mg1/3Nb2/3)O3エピタキシャル薄膜における化学的秩序構造の成長過程2013

    • Author(s)
      範滄宇, 木口賢紀, 今野豊彦, 山田智明
    • Organizer
      第126回金研所内講演会(2013秋季)
    • Place of Presentation
      仙台
    • Year and Date
      20131128-20131129
  • [Presentation] One-Axis Crystal Oriention of Lead Zirconate Titanate Films on Nanosheet Buffer Layer on Metal Substrates2013

    • Author(s)
      Hiroshi UCHIDA, Yoshiki MINEMURA, Kohei NAGASAKA, Jin Woong KIM, Ken NISHIDA, Takanori KIGUCHI, Toyohiko J. KONNO, and Hiroshi FUNAKUBO
    • Organizer
      US-Japan Seminar on Dielectric and Piezoelectric Materials
    • Place of Presentation
      Raleigh, NC (USA)
    • Year and Date
      20131103-20131107
  • [Presentation] 収差補正電子顕微鏡によるPb(Mg1/3Nb2/3)O3薄膜における化学的秩序構造の原子分解能観察2013

    • Author(s)
      範滄宇, 木口賢紀, 今野豊彦, 安本洵, 山田智明, 長崎正雅
    • Organizer
      第33回エレクトロセラミックス研究討論会
    • Place of Presentation
      つくば
    • Year and Date
      20131024-20131025
  • [Presentation] 緩和型強誘電体における化学的秩序構造の原子分解能観察2013

    • Author(s)
      木口賢紀、今野豊彦、範滄宇、塚本倫一人、 山田智明
    • Organizer
      日本金属学会2013年秋期大会
    • Place of Presentation
      金沢
    • Year and Date
      20130917-20130919
  • [Presentation] 鉛系リラクサー薄膜における化学的秩序構造の原子分解能観察2013

    • Author(s)
      木口 賢紀、範 滄宇、塚本 倫一人・今野 豊彦、 安本 洵、長崎 正雅、 山田 智明
    • Organizer
      日本セラミックス協会第26回秋季シンポジウム
    • Place of Presentation
      長野
    • Year and Date
      20130904-20130906
  • [Presentation] Atomic-Resolution STEM Analysis of Hetero-Nanostructure in Relaxor Thin Films2013

    • Author(s)
      T. Kiguchi, C. Fan, T. Tsukamoto, J. Yasumoto, T. Yamada, T. Nagasaki, and T.J. Konno
    • Organizer
      The 7th International Conference on the Science And Technology for Advanced Ceramics (STAC-7)
    • Place of Presentation
      横浜
    • Year and Date
      20130619-20130621
  • [Presentation] Effect of Deposition Condition on Epitaxial Growth of BiFeO3 Thin Films by CSD Method2013

    • Author(s)
      T. Kiguchi, M. Nishijima, K. Shinozaki, and T.J. Konno
    • Organizer
      The 7th International Conference on the Science And Technology for Advanced Ceramics (STAC-7)
    • Place of Presentation
      横浜
    • Year and Date
      20130619-20130621
  • [Presentation] Orientation dependence of clamping effect in tetragonal Pb(Zr0.35Ti0.65)O3 thin films2013

    • Author(s)
      J. Yasumoto, T. Yamada, O. Sakata, Y. Imai, T. Kiguchi, T. J. Konno, Y. Ehara, T. Shiraishi, T. Oikawa, H. Funakubo, M. Yoshino, and T. Nagasaki
    • Organizer
      The 7th International Conference on the Science And Technology for Advanced Ceramics (STAC-7)
    • Place of Presentation
      横浜
    • Year and Date
      20130619-20130621

URL: 

Published: 2015-05-28  

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