GaFeO3型酸化物薄膜を基にした室温マルチフェロイック材料の探索

• 研究課題/領域番号: 16H06794
• 研究種目: 研究活動スタート支援
• 配分区分: 補助金
• 研究分野: 無機材料・物性
• 研究機関: 東京大学 (2017); 東京工業大学 (2016)
• 研究代表者: 片山 司 東京大学, 大学院理学系研究科(理学部), 特任助教 (50784617)
• 研究期間 (年度): 2016-08-26 – 2018-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2017年度)
• 配分額: 2,990千円 (直接経費: 2,300千円、間接経費: 690千円); 2017年度: 1,430千円 (直接経費: 1,100千円、間接経費: 330千円); 2016年度: 1,560千円 (直接経費: 1,200千円、間接経費: 360千円)
• キーワード: 酸化物薄膜 / マルチフェロイック / 強磁性 / 強誘電性 / マルチフェロイック材料 / 酸化物 / 薄膜 / 強誘電 / パルスレーザー堆積法

研究成果の概要

大きな電気磁気効果を示すマルチフェロイック材料は基礎研究のみならず、省電力デバイスなどの応用の観点からも重要である。しかし現在、室温動作可能なマルチフェロイック材料は非常に限られており、新たな材料開発が求められてた。本研究では室温で強誘電性とフェリ磁性を示すGaFeO3型酸化物薄膜に注目し、室温での大きな電気磁気効果発現と室温マルチフェロイック材料創出を目指した。GaFeO3型薄膜はリーク電流が大きいという課題があったが、申請者はSc置換によりリーク電流の大幅に減少することを見出し、良質な強誘電ヒステリシスを得ることに成功した。また元素置換による室温での幅広い磁気特性制御にも成功した。

研究成果

• [雑誌論文] Ferrimagnetism and Ferroelectricity in Cr-Substituted GaFeO3 Epitaxial Films (2018)
  • 著者名/発表者名: Katayama Tsukasa、Yasui Shintaro、Osakabe Takuya、Hamasaki Yosuke、Itoh Mitsuru
  • 雑誌名: Chemistry of Materials 巻: 30 号: 4 ページ: 1436-1441
  • DOI: 10.1021/acs.chemmater.8b00144
  • 査読あり
• [雑誌論文] Ferromagnetism with strong magnetocrystalline anisotropy in A-site ordered perovskite YBaCo2O6 epitaxial thin film prepared via wet-chemical topotactic oxidation (2018)
  • 著者名/発表者名: T. Katayama, A. Chikamatsu, Y. Hirose, M. Minohara, H. Kumigashira, I. Harayama, D. Sekibad, and T. Hasegawaa
  • 雑誌名: J. Mater. Chem. C 巻: VOL. 6 号: 13 ページ: 3445-3450
  • DOI: 10.1039/c7tc05422j
  • 査読あり
• [雑誌論文] Ferroelectric and Magnetic Properties in Room-Temperature Multiferroic GaxFe2-xO3 Epitaxial Thin Films (2017)
  • 著者名/発表者名: Katayama Tsukasa、Yasui Shintaro、Hamasaki Yosuke、Shiraishi Takahisa、Akama Akihiro、Kiguchi Takenori、Itoh Mitsuru
  • 雑誌名: Advanced Functional Materials 巻: 28 号: 2 ページ: 1704789-1704789
  • DOI: 10.1002/adfm.201704789
  • 査読あり
• [雑誌論文] Reversible Changes in Resistance of Perovskite Nickelate NdNiO3 Thin Films Induced by Fluorine Substitution (2017)
  • 著者名/発表者名: Tomoya Onozuka, Akira Chikamatsu, Tsukasa Katayama, Yasushi Hirose, Isao Harayama, Daiichiro Sekiba, Eiji Ikenaga, Makoto Minohara, Hiroshi Kumigashira, and Tetsuya Hasegawa
  • 雑誌名: ACS Appl. Mater. Interfaces 巻: 9 号: 12 ページ: 10882-10887
  • DOI: 10.1021/acsami.7b00855
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Chemical tuning of room-temperature ferrimagnetism and ferroelectricity in ε-Fe2O3-type multiferroic oxide thin films (2017)
  • 著者名/発表者名: Katayama Tsukasa、Yasui Shintaro、Hamasaki Yosuke、Osakabe Takuya、Itoh Mitsuru
  • 雑誌名: Journal of Materials Chemistry C 巻: 5 号: 47 ページ: 12597-12601
  • DOI: 10.1039/c7tc04363e
  • 査読あり
• [雑誌論文] Topotactic fluorination of perovskite strontium ruthenate thin films using polyvinylidene fluoride (2017)
  • 著者名/発表者名: K. Kawahara, A. Chikamatsu, T. Katayama, T. Onozuka, D. Ogawa, K. Morikawa, E. Ikenaga, Y. Hirose, I. Harayama, D. Sekiba, T. Fukumura, and T. Hasegawa
  • 雑誌名: CrystEngComm 巻: 19 号: 2 ページ: 313-317
  • DOI: 10.1039/c6ce02358d
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] First-Principles Calculations on the Crystal/Electronic Structure and Phase Stability of H-Doped SrFeO2 (2017)
  • 著者名/発表者名: Yuji Kurauchi, Hideyuki Kamisaka, Tsukasa Katayama, Akira Chikamatsu, and Tetsuya Hasegawa
  • 雑誌名: J. Phys. Chem. C 巻: 121 号: 13 ページ: 7478-7484
  • DOI: 10.1021/acs.jpcc.6b12863
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Control of crystal-domain orientation in multiferroic Ga0.6Fe1.4O3 epitaxial thin films (2017)
  • 著者名/発表者名: Katayama Tsukasa、Yasui Shintaro、Hamasaki Yosuke、Itoh Mitsuru
  • 雑誌名: Applied Physics Letters 巻: 110 号: 21 ページ: 212905-212905
  • DOI: 10.1063/1.4984211
  • 査読あり
• [雑誌論文] Epitaxial thin film growth of garnet-, GdFeO 3 -, and YMnO 3 -type LuFeO 3 using pulsed laser deposition (2017)
  • 著者名/発表者名: Katayama Tsukasa、Hamasaki Yosuke、Yasui Shintaro、Miyahara Akiko、Itoh Mitsuru
  • 雑誌名: Thin Solid Films 巻: 642 ページ: 41-44
  • DOI: 10.1016/j.tsf.2017.09.013
  • 査読あり
• [雑誌論文] Electric Transport Characteristics of Gallium Iron Oxide Epitaxial Thin Film (2017)
  • 著者名/発表者名: Katayama Tsukasa、Yasui Shintaro、Hamasaki Yosuke、Itoh Mitsuru
  • 雑誌名: MRS Adv. 巻: 2 号: 56 ページ: 3459-3464
  • DOI: 10.1557/adv.2017.370
  • 査読あり
• [学会発表] Magnetic and Dielectric Properties in Room-Temperature Multiferroic GaxFe2-xO3 Epitaxial Thin Films (2017)
  • 著者名/発表者名: T. Katayama, Y. Hamasaki, S. Yasui, M. Itoh
  • 学会等名: Materials Research Society (MRS) 2017 Spring Meeting
  • 発表場所: Phoenix, USA
  • 年月日: 2017-04-18
  • 国際学会
• [学会発表] 元素置換サイト設計による室温マルチフェロイックGaFeO3型酸化物薄膜の磁気誘電特性制御 (2017)
  • 著者名/発表者名: 片山司、安井伸太郎、濵嵜容丞、越阪部拓也、伊藤満
  • 学会等名: 2017年第64回応用物理学会春季学術講演会
  • 発表場所: 横浜
  • 年月日: 2017-03-16
• [学会発表] Experimental and Theoretical Investigation of Electronic Structure of SrFeO3-xFx Epitaxial Thin Films Prepared via Topotactic Reaction (2017)
  • 著者名/発表者名: 片山 司
  • 学会等名: 2017秋季応用物理学会
  • 招待講演