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2011 Fiscal Year Annual Research Report

酸化物磁性体ヘテロ界面での量子物性の創出

Publicly Offered Research

Project AreaNano Materials Science for Atomic Scale Modification
Project/Area Number 22015011
Research InstitutionKyoto University

Principal Investigator

藤田 晃司  京都大学, 工学研究科, 准教授 (50314240)

Keywordsペロブスカイト酸化物 / エピタキシャル薄膜 / 磁性 / 化学ドーピング / 第一原理計算
Research Abstract

チタン酸ユウロピウム(EuTiO_3)は磁性と誘電性が共存する系としてマルチフェロイック材料への展開が期待されている化合物の一つである。安定相のEuTiO_3は室温で立方晶ペロブスカイト型構造をとり,誘電体としては量子常誘電性を示し,磁性体としては約5Kにネール温度をもつG型反強磁性体として振舞う。この化合物を強誘電体かつ強磁性体に変換する方法として,異種元素によるAサイト置換(すなわち,点欠陥の導入),および界面(すなわち,面欠陥)の形成に基づく歪みの導入が試みられている。
平成23年度は,従来のAサイト置換とは異なり,Bサイト置換が磁性に及ぼす影響を調べた。具体的には,LaAlO_3あるいは(LaAlO_3)_<0.3>-(SrAl_<0.5>Ta_<0.5>O_3)_<0.7>基板上にEu(Ti,Nb)O_3薄膜を堆積して,構造と磁性を調べた。TiサイトをNbで置換することにより強磁性が現れ,たとえばEuTi_<0.8>Nb_<0.2>O_3組成の薄膜ではキュリー温度が9.2Kと見積もられた。Ti^<4+>サイトのNb^<5+>による置換で注入される伝導電子がEu^<2+>に局在したスピンの強磁性的な相関を担うと推測された。
関連した成果として,第一原理計算を用いてEuTiO_3の電子構造と磁性の関係を調べた結果,Ti 3d状態を介した反強磁性的超交換相互作用が,Eu 4fスピンの反強磁性的秩序ならびにスピン-格子相互作用に対して大きな役割を担っていることが明らかになった。特に,格子体積が減少するにつれてEu 4fとTi 3d状態間の相互作用が顕著になり,Eu4fスピン間にTi3d状態を介した反強磁性的超交換相互作用が働いていることが示唆された。これにより,EuTiO_3ヘテロ界面における格子歪による強磁性の安定化の微視的起源が明らかになった。

Current Status of Research Progress
Current Status of Research Progress

3: Progress in research has been slightly delayed.

Reason

EuTiO_3の薄膜の成膜条件の最適条件を見つけるのに予想以上の時間がかかり、当初目標にしていた物性評価をまだ十分に行えていない。

Strategy for Future Research Activity

高品質のEuTiO_3エピタキシャル薄膜を再現よく作製できるようになったため,ヘテロ界面での特異物性を探索する。

  • Research Products

    (15 results)

All 2012 2011 Other

All Journal Article (6 results) (of which Peer Reviewed: 5 results) Presentation (8 results) Remarks (1 results)

  • [Journal Article] Local Structure of Amorphous EuO-TiO_2 Thin Films Probed by X-Ray Absorption Fine Structure2012

    • Author(s)
      Y.Zong, K.Fujita, H.Akamatsu, S.Nakashima, S.Murai, K.Tanaka
    • Journal Title

      Journal of the American Ceramic Society

      Volume: 95 Pages: 716-720

    • DOI

      10.1111/j.1551-2916.2011.04849.x

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Crystal and Electronic Structure and Magnetic Properties of Divalent Europium Perovskite Oxides EuMO_3 (M=Ti, Zr, and Hf) : Experimental and First-Principles Approaches2012

    • Author(s)
      H.Akamatsu, K.Fujita, H.Hayashi, T.Kawamoto, Y.Kumagai, Y.Zong, K.Iwata, F.Oba, I.Tanaka, K.Tanaka
    • Journal Title

      Inorganic Chemistry

      Volume: (印刷中)

    • DOI

      10.1021/ic2024567

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Antiferromagnetic Superexchange via 3d States of Titanium in EuTiO_3 As Seen From Hybrid Hartree-Fock Density Functional Calculations2011

    • Author(s)
      H.Akamatsu, Y.Kumagai, F.Oba, K.Fujita, H.Murakami, K.Tanaka, I.Tanaka
    • Journal Title

      Physical Review B

      Volume: 82 Pages: 214421-(1-6)

    • DOI

      10.1103/PhysRevB.83.214421

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Ferromagnetic Properties with Reentrant Spin-Glass Behavior in Amorphous EuZrO_32011

    • Author(s)
      Y.Zong, K.Fujita, H.Akamatsu, S.Murai, K.Tanaka
    • Journal Title

      Physica Status Solidi (c)

      Volume: 8 Pages: 3051-3054

    • DOI

      0.1002/pssc.201000703

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Magnetic Properties of Oxide Glasses Containing Iron and Rare-Earth Ions2011

    • Author(s)
      H.Akamatsu, J.Kawabata, K.Fujita, S.Murai, K.Tanaka
    • Journal Title

      Physical Review B

      Volume: 84 Pages: 144408-(1-8)

    • DOI

      10.1103/PhysRevB.84.144408

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] 長距離的な強磁性秩序を示す新しい非晶質酸化物2011

    • Author(s)
      田中勝久, 藤田晃司, 村井俊介, 赤松寛文, Zong Yanhua, 竹本直紘
    • Journal Title

      NEW GLASS

      Volume: 26(3) Pages: 26-29

  • [Presentation] Magneto-Optical and Magnetic Properties of Oxide Glasses2012

    • Author(s)
      Hirofumi Akamatsu, Koji Fujita, Shunsuke Murai, Katsuhisa Tanaka
    • Organizer
      4th International Workshop on Photoluminescence in Rare Earths (PRE12)
    • Place of Presentation
      京都大学医学部芝蘭会館
    • Year and Date
      2012-03-29
  • [Presentation] Eu^<2+>ペロブスカイト酸化物の磁性と電子構造に関する第一原理計算2012

    • Author(s)
      赤松寛文, 熊谷悠, 大場史康, 藤田晃司, 田中勝久, 田中功
    • Organizer
      日本セラミックス協会2012年会
    • Place of Presentation
      京都大学
    • Year and Date
      2012-03-21
  • [Presentation] EuTiO_3薄膜へのキャリア導入及び磁気・輸送特性2012

    • Author(s)
      楠瀬好郎, 藤田晃司, 村井俊介, 田中勝久
    • Organizer
      日本セラミックス協会2012年会
    • Place of Presentation
      京都大学
    • Year and Date
      2012-03-21
  • [Presentation] EuTiO_3薄膜の欠陥導入に基づく強磁性2012

    • Author(s)
      田中勝久, 藤田晃司
    • Organizer
      2012年春季第59回応用物理学関係連合講演会
    • Place of Presentation
      早稲田大学(招待講演)
    • Year and Date
      2012-03-15
  • [Presentation] Ferromagnetism in Eu^<2+>-Containing Crystalline and Amorphous Oxide Thin Films2011

    • Author(s)
      Koji Fujita
    • Organizer
      The Seventh International Conference on High-Performance Ceramics (CICC-7)
    • Place of Presentation
      Xiamen (China)(招待講演)
    • Year and Date
      2011-11-07
  • [Presentation] EuTiO_3薄膜へのキャリア導入及び磁気・輸送特性2011

    • Author(s)
      楠瀬好郎, 藤田晃司, 村井俊介, 田中勝久
    • Organizer
      2011年日本金属学会秋期大会
    • Place of Presentation
      沖縄コンベンションセンター
    • Year and Date
      2011-11-07
  • [Presentation] 第一原理計算によるEu^<2+>ペロブスカイト酸化物の磁気的相互作用2011

    • Author(s)
      赤松寛文, 熊谷悠, 大場史康, 藤田晃司, 田中勝久, 田中功
    • Organizer
      2011年日本金属学会秋期大会
    • Place of Presentation
      沖縄コンベンションセンター
    • Year and Date
      2011-11-07
  • [Presentation] EuO-TiO_2系非晶質薄膜のX線磁気円二色性2011

    • Author(s)
      河本崇博, 藤田晃司, 赤松寛文, 楠瀬好郎, 村井俊介, 田中勝久
    • Organizer
      日本セラミックス協会第24回秋季シンポジウム
    • Place of Presentation
      北海道大学
    • Year and Date
      2011-09-07
  • [Remarks]

    • URL

      http://dipole7.kuic.kyoto-u.ac.jp/contents/publication.html

URL: 

Published: 2013-06-26  

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