ヘテロ接合界面によって可能となる磁化反転および強誘電性強磁性特性の室温電界制御

2015 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 25420295
• Research Institution: Nihon University
• Principal Investigator: 岩田 展幸 日本大学, 理工学部, 准教授 (20328686)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 山本 寛 日本大学, 理工学部, 教授 (90130632) ; 橋本 拓也 日本大学, 文理学部, 教授 (20212136) ; 高瀬 浩一 日本大学, 理工学部, 教授 (10297781)
• Project Period (FY): 2013-04-01 – 2016-03-31
• Keywords: パルスレーザー堆積法 / 人工超格子 / マルチフェロイック / 電気磁気効果 / 電界印加磁気特性制御

Outline of Annual Research Achievements

SrTiO3(001)基板上に[CaBO3/REMO3] (B=Fe,Mn、RE＝La,Bi、M=Fe,Fe1-xMnx)人工超格子をパルスレーザー堆積法を用いて作製した。達成した成果は、１．超高密度ターゲットの作製：LaFeO3(LFO)、BiFeO3(BFO)、CaFeOx(CFO)、BiFe0.8Mn0.2O3(BFMO)ターゲット密度はそれぞれ95.5%、95.2%、96.4%、96.6%。２．明瞭な超格子ピーク、ラウエ振動を確認し[CaBO3/REMO3]人工超格子の作製に成功。３．弱強磁性発現を確認し、そのキュリー温度は[CFO/LFO, BFO, BFMO]超格子において、560K、620K、450K、[CaMnO3(CMO)/BFMO]超格子では390Kといずれも室温以上を確認。４．密度汎関数法を用いた第一原理計算より、[CFO/LFO]超格子の自発磁化は1磁性原子当たり0.22μBとなって実験値の約2倍。５．BFMO薄膜のリーク電流特性解析より、ホッピング伝導が支配的であることを確認。最終年度では、ユニット数n及びサイクル数mを変化させた[(CFO)n/(LFO)n]m人工超格子における磁気特性を明らかにした。nを減少させることで、保持力Hc、交換バイアス磁場Hebともに減少することを確認した。異なる反強磁性体界面において強磁性的結合が誘起されていることを立証した。
サファイア基板上[Co/Pt]/r面配向Cr2O3積層膜においてHebを観測した。1.07kOe@5Kと非常に大きな値を得た。また、斜方晶系結晶YAlO3(YAO)(001)基板上にr面配向Cr2O3薄膜のエピタキシャル成長に成功した。これら成果は、下部電極上にr面配向Cr2O3薄膜を作製できることを示唆しており、本研究目的の電界印可磁気特性制御デバイスへつながる意義のある成果となった。

Research Products

• [Int'l Joint Research] Faculty of Science and Technology/University of Twente(オランダ)
  • Country Name: NETHERLANDS
  • Counterpart Institution: Faculty of Science and Technology/University of Twente
• [Journal Article] Electric and Magnetic Properties of BiFe1-xMnxO3 Thin Films and CaFeOx/BiFe1-xMnxO3 Superlattices (2016)
  • Author(s): Takaaki Inaba, Yuta Watabe, Keisuke Oshima, Chun Wang, Shohei Ohashi, Huaping Song, Hirotaka Matsuyama, Tomoko Nagata, Takuya Hashimoto, Kouichi Takase, Hiroshi Ishida, Yoshiki Takano, Kousaku Shimizu, Hiroshi Yamamoto, and Nobuyuki Iwata
  • Journal Title: Trans. Mater. Res. Soc. Jpn Volume: 41 Pages: 1-5
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] ペチーニ法で作製したBi1+xFeO3 (x = 0.0, 0.2)ターゲットおよびパルスレーザー堆積法で作製したBiFeO3薄膜の化学当量性の評価 (2015)
  • Author(s): 王 春, 大島 佳祐,稲葉 隆哲, 渡部 雄太, 宋 華平, 永田 知子,橋本 拓也, 高瀬 浩一, 山本 寛, 岩田 展幸
  • Journal Title: 信学技報(IEICE Technical report), vol. 115, no. 104, CPM2015-23 Volume: 115 Pages: 5-9
• [Journal Article] YAlO3(001)基板表面処理条件の違いによるCr2O3薄膜の結晶成長 (2015)
  • Author(s): 橋本 浩佑,隅田 貴士,林 佑太郎,福井 慎二郎,永田 知子,山本 寛,岩田展幸
  • Journal Title: 信学技報(IEICE Technical report), vol. 115, no. 104, CPM2015-23 Volume: 115 Pages: 1-4
• [Journal Article] BiFe1-xMnxO3薄膜及び[CaFeOx/BiFe1-xMnxO3]人工超格子の電気的特性 (2015)
  • Author(s): 稲葉 隆哲,渡部 雄太,大島 佳祐,王 春,宋 華平,大橋 祥平,張 琦,高瀬 浩一,橋本 拓也,永田 知子,山本 寛,岩田 展幸
  • Journal Title: 信学技報(IEICE Technical report), vol. 115, no. 179, CPM2015-38 Volume: 115 Pages: 35-40
• [Journal Article] [CaFeOx/LaFeO3]人工超格子の電気的磁気的特性 (2015)
  • Author(s): 大橋祥平,大島佳祐,渡部雄太,稲葉隆哲,王 春,張 埼,松山裕貴,高瀬 浩一,橋本 拓也,永田 知子,宋 華平,山本 寛,岩田 展幸
  • Journal Title: 信学技報(IEICE Technical report), vol. 115, no. 179, CPM2015-37 Volume: 115 Pages: 29-33
• [Journal Article] 表面処理条件の異なるYAlO3(001)基板上に成膜したCr2O3薄膜の結晶構造解析および磁気特性 (2015)
  • Author(s): 橋本浩佑,隅田貴士,林佑太郎,福井慎二郎,永田知子,山本 寛,岩田展幸
  • Journal Title: 信学技報(IEICE Technical report), vol. 115, no. 297, CPM2015-90 Volume: 115 Pages: 31-35
• [Presentation] 表面処理条件の異なるYAlO3(001)基板上に成膜したCr2O3薄膜の結晶構造解析および磁気特性 (2016)
  • Author(s): 橋本 浩佑, 隅田 貴士, 福井 慎二郎, 永田 知子, 山本 寛, 岩田展幸
  • Organizer: 第63回応用物理学会春季学術講演会
  • Place of Presentation: 東工大 大岡山キャンバス、東京都目黒区
  • Year and Date: 2016-03-19 – 2016-03-22
• [Presentation] Co/Pt/r面及びc面配向Cr2O3積層膜の作製及び評価 (2016)
  • Author(s): 隅田 貴士, 橋本 浩佑, 福井 慎二郎, 永田 知子, 山本 寛, 岩田 展幸
  • Organizer: 第63回応用物理学会春季学術講演会
  • Place of Presentation: 東工大 大岡山キャンバス、東京都目黒区
  • Year and Date: 2016-03-19 – 2016-03-22
• [Presentation] 反強磁性絶縁体CaFeO3およびLaFeO3を用いた[(CaFeOx)n/(LaFeO3)n]m {m=14 for n=3,5,7 and (n, m)=(1,98),(3,33),(5,20)}人工超格子における磁気的特性の膜厚及び界面数依存性 (2016)
  • Author(s): 大橋 祥平,大島 佳祐,松山 裕貴,稲葉 隆哲,渡部 雄太,王 春,張 琦,宋 華平,橋本 拓也,高瀬 浩一,永田 知子,山本 寛,岩田 展幸
  • Organizer: 第63回応用物理学会春季学術講演会
  • Place of Presentation: 東工大 大岡山キャンバス、東京都目黒区
  • Year and Date: 2016-03-19 – 2016-03-22
• [Presentation] ペチーニ法で作製した粉末によるBi過剰Bi1.2FeOxターゲットを用いたBiFeO3薄膜の作製と評価 (2016)
  • Author(s): 王 春, 大島 佳祐, 稲葉 隆哲, 宋 華平, 渡部 雄太,永田 知子, 橋本 拓也, 高瀬 浩一, 山本 寛, 岩田 展幸
  • Organizer: 第63回応用物理学会春季学術講演会
  • Place of Presentation: 東工大 大岡山キャンバス、東京都目黒区
  • Year and Date: 2016-03-19 – 2016-03-22
• [Presentation] [(CaFeOx)n/(LaFeO3)n]m {m=14 for n=3,5,7 and (n,m)=(1,98),(3,33),(5,20)}人工超格子の精密な堆積量制御手法の開発及び結晶構造解析 (2016)
  • Author(s): 大橋 祥平,大島 佳祐,松山 裕貴,稲葉 隆哲,渡部 雄太,王 春,張 琦, 宋 華平,橋本 拓也,高瀬 浩一,永田 知子,山本 寛,岩田 展幸
  • Organizer: 第63回応用物理学会春季学術講演会
  • Place of Presentation: 東工大 大岡山キャンバス、東京都目黒区
  • Year and Date: 2016-03-19 – 2016-03-22
• [Presentation] SrTiO3(110)上に成膜したBiFeO3薄膜および人工超格子の結晶構造解析及び電気的磁気的特性 (2016)
  • Author(s): 松山 裕貴, 稲葉 隆哲, 大島 佳祐, 王 春, 張 琦, 渡部 雄太Song Huaping1, 橋本 拓也, 永田 知子, 山本 寛, 岩田 展幸
  • Organizer: 第63回応用物理学会春季学術講演会
  • Place of Presentation: 東工大 大岡山キャンバス、東京都目黒区
  • Year and Date: 2016-03-19 – 2016-03-22
• [Presentation] Influence of the Pechini Bi-excess BiFeOx Target on Growth of BiFeO3 Thin Films (2015)
  • Author(s): C. Wang, K. Oshima, T. Inaba, Q. Zhang, S. Ohashi, H. Song, Y. Watabe, T. Nagata, K. Takase, T. Hashimoto, H. Yamamoto, N. Iwata
  • Organizer: 第25回日本MRS年次大会
  • Place of Presentation: 横浜情報文化センター、神奈川県横浜市
  • Year and Date: 2015-12-08 – 2015-12-10
• [Presentation] Crystal Structure of [(CaFeOx)n/(LaFeO3)n] (n=1, 3, 5, 7) Artificial Superlattices (2015)
  • Author(s): S.Ohashi, K.Oshima, Y.Watabe, T.Inaba, C.Wang, Q.Zhang, K.Takase, T.Hashimoto, T.Nagata, H.song, Y.Hiroshi, and N.Iwata
  • Organizer: 第25回日本MRS年次大会
  • Place of Presentation: 横浜情報文化センター、神奈川県横浜市
  • Year and Date: 2015-12-08 – 2015-12-10
• [Presentation] Electric and magnetic property of [CaFeOx/LaFeO3] artificial superlattice (2015)
  • Author(s): K. Oshima, Y. Watabe, T. Inaba, S. Ohashi, C. Wang, Q. Zhang, H. Song, K. Takase, T. Hashimoto, T. Nagata, H. Yamamoto, N.Iwata
  • Organizer: 第25回日本MRS年次大会
  • Place of Presentation: 横浜情報文化センター、神奈川県横浜市
  • Year and Date: 2015-12-08 – 2015-12-10
• [Presentation] Crystal Structure and Magnetic Properties of Ferromagnetic Metal / c-oriented Cr2O3 Multilayer Including Twin Strucuture (2015)
  • Author(s): T. Sumida, K. Hashimoto, S. Fukui, T. Nagata, H. Yamamoto, N. Iwata
  • Organizer: 第25回日本MRS年次大会
  • Place of Presentation: 横浜情報文化センター、神奈川県横浜市
  • Year and Date: 2015-12-08 – 2015-12-10
• [Presentation] Electric and Magnetic Properties of BiFe1-xMnxO3 Thin Films and CaFeOx/BiFe1-xMnxO3 Superlattices (2015)
  • Author(s): T. Inaba, Y. Watabe, K. Oshima, W. Chun, S. Ohashi, H. Song, H. Matuyama, Q. Chang, K. takase, T. Hashimoto, T. Nagata, H. Yamamoto, N. Iwata
  • Organizer: 第25回日本MRS年次大会
  • Place of Presentation: 横浜情報文化センター、神奈川県横浜市
  • Year and Date: 2015-12-08 – 2015-12-10
• [Presentation] Magnetic Properties of Ferromagnetic Metal/r-Cr2O3 Multilayer (2015)
  • Author(s): T. Sumida, K. Hashimoto, S. Fukui, T. Nagata, H. Yamamoto, N. Iwata
  • Organizer: 第25回日本MRS年次大会
  • Place of Presentation: 横浜情報文化センター、神奈川県横浜市
  • Year and Date: 2015-12-08 – 2015-12-10
• [Presentation] Crystal Structure and Magnetic /Electric Properties of CaMnO3 Single Layer and Related Superlattices Nomal to the Surface (2015)
  • Author(s): Qi ZHANG, Takaaki INABA, Keisuke OSHIMA, Yuta WATABE, Chun WANG, Shohei OHASHI, Huaping SONG, Tomoko NGATA, Hiroshi YAMAMOTO, Nobuyuki IWATA
  • Organizer: 第25回日本MRS年次大会
  • Place of Presentation: 横浜情報文化センター、神奈川県横浜市
  • Year and Date: 2015-12-08 – 2015-12-10
• [Presentation] Deposition and Crystal Structure Analysis of Cr2O3 Thin Film on Surface Treated YAlO3(001) Substrates with Different Conditions (2015)
  • Author(s): K.Hashimoto, T.Sumida, S.Fukui, T.Nagata, H.Yamamoto, N.Iwata
  • Organizer: 第25回日本MRS年次大会
  • Place of Presentation: 横浜情報文化センター、神奈川県横浜市
  • Year and Date: 2015-12-08 – 2015-12-10
• [Presentation] Structural and Magnetic Properties of [CaFeO3/REMO3] (RE=La, Bi, M=Fe, Fe1-xMnx) Superlattices Grown on SrTiO3 (001) by Pulsed Laser Deposition Method (2015)
  • Author(s): Huaping SONG, Yuta WATABE, Takaaki INABA, Keisuke OSHIMA, Chun WANG, Qi ZHANG, Shohei OHASHI, Tomoko NGATA, Kouichi TAKASE, Takuya HASHIMOTO, Hiroshi YAMAMOTO, Nobuyuki IWATA
  • Organizer: 第25回日本MRS年次大会
  • Place of Presentation: 横浜情報文化センター、神奈川県横浜市
  • Year and Date: 2015-12-08 – 2015-12-10
• [Presentation] Crystal Structure of Electronic Ferroelectric, YbFe2O4 Film (2015)
  • Author(s): T. Nagata, H. Yamamoto and N. Iwata
  • Organizer: 第25回日本MRS年次大会
  • Place of Presentation: 横浜情報文化センター、神奈川県横浜市
  • Year and Date: 2015-12-08 – 2015-12-10
• [Presentation] YAlO3(001) O基板上での表面処理条件の違いによるCr2O3薄膜表面状態及び結晶構造解析 (2015)
  • Author(s): 橋本 浩佑, 隅田 貴士, 林 佑太郎, 福井 慎二郎, 永田 知子, 山本 寛, 岩田展幸
  • Organizer: 第76回応用物理学会秋季学術講演会
  • Place of Presentation: 名古屋国際会議場、愛知県名古屋市
  • Year and Date: 2015-09-13 – 2015-09-16
• [Presentation] ペチーニ法で作製した Bi 過剰 BiFeOx ターゲットを用いて成膜した化学等量性の良い BiFeO3 薄膜の作製と評価 (2015)
  • Author(s): 王 春, 大島 佳祐, 稲葉 隆哲, 宋 華平, 渡部 雄太,永田 知子, 橋本 拓也, 高瀬 浩一, 山本 寛, 岩田 展幸
  • Organizer: 第76回応用物理学会秋季学術講演会
  • Place of Presentation: 名古屋国際会議場、愛知県名古屋市
  • Year and Date: 2015-09-13 – 2015-09-16
• [Presentation] Experimental Results and Density Functional Theory Approach of CaFeOx/LaFeO3 Superlattice (2015)
  • Author(s): Nobuyuki Iwata, Keisuke Oshima, Yuta Watabe, Takaaki Inaba, Chun Wang, Huaping Song, Qi Chang, Tomoko Nagata, Takuya Hashimoto, Kouichi Takase, Hiroshi Ishida, Kousaku Shimizu, Hiroshi Yamamoto
  • Organizer: The 5th International Symposium on Organic and Inorganic Electronic Materials and Related Nanotechnologies (EM-NANO 2015)
  • Place of Presentation: TOKI MESSE Niigata Convention Center, Niigata-shi, Niigata
  • Year and Date: 2015-06-16 – 2015-06-19
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Electric and Magnetic Properties of BiFe1-xMnxO3 Thin Films and CaFeOx/BiFe1-xMnxO3 Superlattices (2015)
  • Author(s): Takaaki Inaba, Yuta Watabe, Keisuke Oshima, Chun Wang, Huaping Song, Qi Chang, Tomoko Nagata, Takuya Hashimoto, Kouichi Takase, Hiroshi Ishida, Kousaku Shimizu, Hiroshi Yamamoto, Nobuyuki Iwata
  • Organizer: The 5th International Symposium on Organic and Inorganic Electronic Materials and Related Nanotechnologies (EM-NANO 2015)
  • Place of Presentation: TOKI MESSE Niigata Convention Center, Niigata-shi, Niigata
  • Year and Date: 2015-06-16 – 2015-06-19
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Corundum Cr2O3 Thin Films Grown on Orthorhombic YAlO3(001) Substrate (2015)
  • Author(s): Nobuyuki Iwata, Kousuke Hashimoto, Takashi Sumida, Tomoko Nagata, Hiroshi Yamamoto
  • Organizer: The 5th International Symposium on Organic and Inorganic Electronic Materials and Related Nanotechnologies (EM-NANO 2015)
  • Place of Presentation: TOKI MESSE Niigata Convention Center, Niigata-shi, Niigata
  • Year and Date: 2015-06-16 – 2015-06-19
• [Remarks] 日本大学理工学部 電子工学科 山本・岩田研究室
  • URL: http://yamanoya.ecs.cst.nihon-u.ac.jp/