マルチフェロイック材料のME効果に関する研究

• 研究課題/領域番号: 18860070
• 研究種目: 若手研究(スタートアップ)
• 配分区分: 補助金
• 研究分野: 複合材料・物性
• 研究機関: 東京理科大学
• 研究代表者: 永沼 博 東京理科大学, 助教 (60434023)
• 研究期間 (年度): 2006 – 2007
• 研究課題ステータス: 完了 (2007年度)
• 配分額: 2,770千円 (直接経費: 2,770千円); 2007年度: 1,410千円 (直接経費: 1,410千円); 2006年度: 1,360千円 (直接経費: 1,360千円)
• キーワード: マルチフェロイックス / ME効果 / BiFeO_3 / リーク電流 / コンポジット / マルチフェロイック / 磁性 / 強誘電性 / 透過型電子顕微鏡

研究概要

反強磁性-強磁性微粒子の交換結合を介したME効果を室温以上で発現させるために、強誘電性および磁気転移点が室温以上のBiFeO_3を母相として、鉄系の酸化物を磁性微粒子としたFeO_x/BiFeO_3コンポジット薄膜を化学溶液堆積法により作製した。BiとFeが等量比の前駆体溶液にFeO_x前駆体溶液を加えると、Fe系の酸化物微粒子が析出したFeO_x/BiFeO_3コンポジット薄膜が形成した。FeO_x/BiFeO_3コンポジット薄膜はBiFeO_3薄膜に比べて飽和磁化が飛躍的に増加させることができた。FeO_x/BiFeO_3コンポジット薄膜の膜面垂直方向の組成を調べるために、XAS測定時のX線進入角を変化させたところ、Fe濃度は下部のPt電極側で高くなっていた。このことから、酸化鉄は下部Pt電極側に形成しているものと考えられる。そこで現在、詳細な膜構造について解析するために断面TEM観察をおこなっているところである。一方、強誘電性については、Feの組成比が高くなるにつれてリーク電流密度が多くなり、室温で強誘電性を評価することは困難であった。そこで、リーク電流を抑えるために液体窒素温度で測定したところ、Fe組成比が約25at.%までは自発分極を発現することがわかった。当該試料のME効果を調べるために、磁場中で強誘電性を評価できる装置を本補助金の支援を受けて作製した。試行錯誤の結果、ME効果評価装置は稼働しているが、同装置は室温でしかME効果を測定することが出来ないため、当該試料がME効果を発現しているかの判断はできていない。
今後は低温測定が可能な装置へ改良し、ME効果の有無を調べる予定である。結論として、FeO_x/BiFeO_3コンポジット薄膜は室温ME効果の期待がもてるが、室温でリーク電流密度が高いことが課題となることが示唆された。

研究成果

• [雑誌論文] Simple process synthesis of BaTiO_3-(Ni, Zn, Cu)Fe_2O_4 ceramic composite (2008)
  • 著者名/発表者名: Kenji Kamishima, Yoshitaka Nagashima, Koichi Kakizaki, Nobuyuki Hiratsuka, Kowashi Watanabe, Takaya Mise, Hiroshi Naganuma, Soichiro Okamura
  • 雑誌名: Journal of the Physical Society of Japan (受理状態)
  • NAID: 110006781603
  • 査読あり
• [雑誌論文] Estimation of leakage current density and remanent polarization of BiFeO_3 films with low resistivity by PUND measurement (2008)
  • 著者名/発表者名: Hiroshi Naganuma, Yosuke Inoue and Soichiro Okamura
  • 雑誌名: Japanese Journal of Applied Physics (受理状態)
  • 査読あり
• [雑誌論文] Effect of 3d Transition Metals Addition on the Ferroelectric Properties in Bi Ferrite Thin films (2008)
  • 著者名/発表者名: Hiroshi Naganuma, Jun Miura and Soichiro Okamura
  • 雑誌名: Journal of Materials Research (受理状態)
  • 査読あり
• [雑誌論文] Fabrication of conductive oxide polycrystalline BaPbO_3 films by chemical solution deposition and their electrical resistivity (2008)
  • 著者名/発表者名: Hiroshi Naganuma, Kayoko Yamada, Hiromi Shima, Kensuke Akiyama, Takashi Iijima, Hiroshi Funakubo and Soichiro Okamura
  • 雑誌名: Journal of Electroceramics (受理状態)
  • 査読あり
• [雑誌論文] Enhancement of ferroelectric and magnetic properties in BiFeO_3 films by small amount of cobalt addition (2008)
  • 著者名/発表者名: Hiroshi Naganuma, Nozomi Shimura, Jun Miura, Hiromi Shima, Shintaro Yasui, Ken Nishida, Takashi Katoda, Takashi Iijima, Hiroshi Funakubo and Soichiro Okamura
  • 雑誌名: Journal of Applied Physic 103
  • 査読あり
• [雑誌論文] Annealing temperature effect on ferroelectric and magnetic properties in Mn-added polycrystalline BiFeO_3 films (2008)
  • 著者名/発表者名: Hiroshi Naganuma, Jun Miura and Soichiro Okamura
  • 雑誌名: Journal of Electroceramics (受理状態)
  • 査読あり
• [雑誌論文] Ferroelectric and magnetic properties of multiferroic BiFeO_3 based composite films (2008)
  • 著者名/発表者名: Hiroshi Naganuma, Tomosato Okubo, Kenji Kamishima, Koichi Kakizaki, Nobuyuki Hiratsuka and Soichiro Okamura
  • 雑誌名: IEEE Transactions on Ultrasonics, Ferroelectrics, and Frequency Control (受理状態)
  • NAID: 120002070232
  • 査読あり
• [雑誌論文] Effect of ferroelectric and magnetic properties on measuring temperatures for a polycrystalline BiFeO_3 films (2008)
  • 著者名/発表者名: Hiroshi Naganuma, Yosuke Inoue and Soichiro Okamur
  • 雑誌名: IEEE Transactions on Ultrasonics, Ferroelectrics, and Frequency Control (受理状態)
  • 査読あり
• [雑誌論文] Bi Concentration Dependence of Structural, ferroelectric and Magnetic Properties of BiFeO_3 Films (2007)
  • 著者名/発表者名: Hiroshi Naganuma, Tomosato Okubo and Soichiro Okamura
  • 雑誌名: Integrated Ferroelectrics 95 ページ: 234-241
  • 査読あり
• [雑誌論文] Leakage Current Mechanism of BiFeO_3 Films (2007)
  • 著者名/発表者名: Hiroshi Naganuma, Yosuke Inoue and Soichiro Okamura
  • 雑誌名: Integrated Ferroelectrics 46 ページ: 6948-6951
  • 査読あり
• [雑誌論文] Crystal Structure Analysis of Epitaxial BiFeO_3-BiCoO_3 Solid Solution Films Grown by Metalorganic Chemical Vapor Deposition (2007)
  • 著者名/発表者名: Shintaro Yasui, Ken Nishida, Hiroshi Naganuma, Soichiro Okamura, Takashi Iijima and Hiroshi Funakubo
  • 雑誌名: Japanese Journal of Applied Physics 46 ページ: 6948-6951
  • 査読あり
• [雑誌論文] Structural Analysis of BiFeO_3 Polycrystalline Films by Transmission Electron Microscopy (2007)
  • 著者名/発表者名: Hiroshi Naganuma, Andras Kovacs, Akihiko Hirata, Yoshihiko Hirotsu, and Soichiro Okamura
  • 雑誌名: Material Transaction 48 ページ: 2370-2373
  • 査読あり
• [雑誌論文] Preparation and Characterization of Multiferroic BiFeO_3 Films (2007)
  • 著者名/発表者名: 永沼 博
  • 雑誌名: Transactions of Materials Research Society of Japan 32 ページ: 39-39
• [雑誌論文] Structural, magnetic and ferroelectric properties of multiferroic a BiFeO_3 film fabricated by chemical solution deposition (2007)
  • 著者名/発表者名: 永沼 博
  • 雑誌名: Journal of Applied Physics 101
• [学会発表] (001),(110),(111)SrTiO_3単結晶基板上にエピタキシャル成長させたBiFeO_3薄膜の評価 (2008)
  • 著者名/発表者名: 曽根 圭太、永沼 博、岡村 総一郎
  • 学会等名: 応用物理学会、第69回春季学術講演会
  • 発表場所: 日本大学理工学部船橋キャンパス
  • 年月日: 2008-03-30
• [学会発表] Co-BiFeO_3薄膜における抗電界の低減および自発磁化の発現 (2008)
  • 著者名/発表者名: 永沼 博、三浦 淳, 志村 希、安井 伸太郎、西田 謙、飯島 高志、舟窪 浩、岡村 総一郎
  • 学会等名: 応用物理学会、第69回春季学術講
  • 発表場所: 日本大学理工学部船橋キャンパス
  • 年月日: 2008-03-30
• [学会発表] MOCVD法で作製したエピタキシャルBiFeO_3-BiCoO_3膜の結晶相と電気特性 (2008)
  • 著者名/発表者名: 安井 伸太郎、永沼 博、岡村 総一郎、西田 謙、山本 孝、飯島 高志、東 正樹、森岡 仁、斎藤 啓介、舟窪 浩
  • 学会等名: 応用物理学会、第69回春季学術講
  • 発表場所: 日本大学理工学部船橋キャンパス
  • 年月日: 2008-03-30
• [学会発表] BiFeO_3多結晶薄膜の極微構造、強誘電性および磁性 (2008)
  • 著者名/発表者名: 永沼 博、井上 洋介、Kovacs Andras、弘津 禎彦、Balogh Judit、岡村 総一郎
  • 学会等名: 応用物理学会、第69回春季学術講
  • 発表場所: 日本大学理工学部船橋キャンパス
  • 年月日: 2008-03-30
• [学会発表] MOCVD法によるBiFeO_3-BiCoO_3膜の作製と特性評価 (2008)
  • 著者名/発表者名: 安井 伸太郎、舟窪 浩、永沼 博、岡村 総一郎、西田 謙、山本 孝、飯島 高志、森岡 仁、斎藤 啓介
  • 学会等名: 第46回セラミックス基礎科学討論会
  • 発表場所: 名古屋国際会議場
  • 年月日: 2008-01-11
• [学会発表] Estimation of an Activation Energy for Poole-Frenkel Conduction in Ferroelectric PZT Thin-film Capacitors (2007)
  • 著者名/発表者名: Mitsumasa Tanimura, Hiromi Shima, Hiroshi Naganuma and Soichiro Okamura
  • 学会等名: Material Research Society of Japan
  • 発表場所: 日本大学駿河台キャンパス
  • 年月日: 2007-12-09
• [学会発表] Evaluation of Leakage Current Density and Remanent Polarization by PUND Measurements in Co Added Multiferroic BiFeO_3 films (2007)
  • 著者名/発表者名: Hiroshi Naganuma, Jun Miura and Soichiro Okamura
  • 学会等名: Material Research Society of Japan
  • 発表場所: 日本大学駿河台キャンパス
  • 年月日: 2007-12-09
• [学会発表] Bi系マルチフェロイック薄膜の強誘電性および磁性-ME効果の発現に向けて- (2007)
  • 著者名/発表者名: 永沼博、岡村総一郎、神島謙二、柿崎浩一、平塚信之、Andras Kovacs、平田秋彦、弘津禎彦
  • 学会等名: 日本応用磁気学会、ナノマグネティクス研究会
  • 発表場所: 中央大学駿河台記念館
  • 年月日: 2007-11-30
• [学会発表] PUND measurements for the BiFeO_3 films-Temperature dependence of the ferroelectricity- (2007)
  • 著者名/発表者名: Hiroshi Naganuma, Yosuke Inoue, Soichiro Okamura
  • 学会等名: MRS Fall meeting
  • 発表場所: Hynes Convention Center, Boston, USA
  • 年月日: 2007-11-26
• [学会発表] Effect of 3d transition metals addition on the ferroelectric and magnetic properties in Bi ferrite thin films (2007)
  • 著者名/発表者名: Hiroshi Naganuma, Jun Miura, Soichiro Okamura
  • 学会等名: Material Research Society Fall meeting
  • 発表場所: Hynes Convention Center, Boston, USA
  • 年月日: 2007-11-26
• [学会発表] Enhancement of ferroelectric and magnetic properties in BiFeO_3 films by small amount of cobalt addition (2007)
  • 著者名/発表者名: Hiroshi Naganuma, Nozomi Shimura, Jun Miura, Hiromi Shima, Shintaro Yasui, Ken Nishida, Takashi Katoda, Takashi Iijima, Hiroshi Funakubo and Soichiro Okamura
  • 学会等名: 52th Magnetism and Magnetic Materials Conference
  • 発表場所: Marriot Hotel, Tampa, Florida, USA
  • 年月日: 2007-11-09
• [学会発表] "マルチフェロイック材料の構造および物性 (2007)
  • 著者名/発表者名: 永島 義崇、神島 謙二、柿崎浩一、平塚 信之、永沼 博、岡村 総一郎
  • 学会等名: 第31回日本応用磁気学会学術講演会
  • 発表場所: 学習院大学
  • 年月日: 2007-09-11
• [学会発表] Bi-Fe-O_x コンポジット薄膜の構造,磁性および強誘電性 (2007)
  • 著者名/発表者名: 大久保 智聡、永沼 博、神島 謙二、柿崎 浩一、平塚 信之、岡村 総一郎
  • 学会等名: 第31回日本応用磁気学会学術講演会
  • 発表場所: 学習院大学
  • 年月日: 2007-09-11
• [学会発表] Bi(Co_xFe_<1-x>)O_3薄膜の構造,強誘電性および磁気特性 (2007)
  • 著者名/発表者名: 三浦 淳、永沼 博、志村 希、島 宏美、安井 伸太郎、西田謙、河東田 隆、舟窪 浩、飯島 高志、岡村 総一郎
  • 学会等名: 第31回日本応用磁気学会学術講演会
  • 発表場所: 学習院大学
  • 年月日: 2007-09-11
• [学会発表] BiMnO_3エピタキシャル薄膜の作製および磁気特性 (2007)
  • 著者名/発表者名: 波利摩 徹朗、永沼 博、島 宏美、岡村 総一郎
  • 学会等名: 第31回日本応用磁気学会学術講演会
  • 発表場所: 学習院大学
  • 年月日: 2007-09-11
• [学会発表] マルチフェロイック BiFeO_3 を母体としたコンポジット薄膜の構造および磁気特性 (2007)
  • 著者名/発表者名: 大久保 智聡、永沼 博、岡村 総一郎
  • 学会等名: 応用物理学会、第68回秋季学術講演会
  • 発表場所: 北海道工業大学
  • 年月日: 2007-09-07
• [学会発表] 低温PUND測定によるBiFeO_3多結晶薄膜の自発分極量に関する考察 (2007)
  • 著者名/発表者名: 永沼 博、井上 洋介、岡村 総一郎
  • 学会等名: 応用物理学会 第68回秋季学術講演会
  • 発表場所: 北海道工業大学
  • 年月日: 2007-09-05
• [学会発表] BiFeO_3薄膜の強誘電性および磁性の本焼成温度依存性 (2007)
  • 著者名/発表者名: 井上 洋介、永沼 博、岡村 総一郎
  • 学会等名: 応用物理学会 第68回秋季学術講演会
  • 発表場所: 北海道工業大学
  • 年月日: 2007-09-05
• [学会発表] Cr, Mn, Co, Ni, Cu添加BiFeO_3薄膜のリーク電流特性および強誘電性 (2007)
  • 著者名/発表者名: 三浦 淳、大久保 智聡、永沼 博、岡村 総一郎
  • 学会等名: 応用物理学会 第68回秋季学術講演会
  • 発表場所: 北海道工業大学
  • 年月日: 2007-09-05
• [学会発表] Effect of annealing temperature on ferroelectric and magnetic properties in Mn-doped BiFeO_3 films (2007)
  • 著者名/発表者名: Hiroshi Naganuma, Jun Miura and Soichiro Okamura
  • 学会等名: International Conference on Electroceramics
  • 発表場所: Ngurdoto Mountain Lodge, Arusha, Tanzania
  • 年月日: 2007-08-01
• [学会発表] Electric properties of polycrystalline BaPbO_3 films on annealing (2007)
  • 著者名/発表者名: Hiroshi Naganuma, Kayoko Yamada, Hiromi Shima, Takashi Iijima, Hiroshi Funakubo and Soichiro Okamura
  • 学会等名: International Conference on Electroceramics
  • 発表場所: Ngurdoto Mountain Lodge, Arusha, Tanzania
  • 年月日: 2007-08-01
• [学会発表] Ferroelectric and magnetic properties of multiferroic FeO_x-BiFeO_3 composite films (2007)
  • 著者名/発表者名: Hiroshi Naganuma, Tomosato Okubo and Soichiro Okamura
  • 学会等名: he 16th International Symposium on the Application of Ferroelectrics
  • 発表場所: 奈良県新公会堂
  • 年月日: 2007-05-28
• [学会発表] Temperature dependence of ferroelectric and magnetic properties in polycrystalline BiFeO_3 films (2007)
  • 著者名/発表者名: Hiroshi Naganuma, Yosuke Inoue and Soichiro Okamura
  • 学会等名: The 16th International Symposium on the Application of Ferroelectrics
  • 発表場所: 奈良県新公会堂
  • 年月日: 2007-05-28
• [学会発表] The 16th International Symposium on the Application of Ferroelectrics (2007)
  • 著者名/発表者名: Hiroshi Naganuma, Nozomi Shimura, Hiromi Shima, Shintaro Yasui, Ken Nishida, Tadashi Ijima, Hiroshi Funakubo and Soichiro Okamura 'Structural and ferroelectric properties of BiFeO_3-BiCoO_3 solid solution films
  • 学会等名: The 16th International Symposium on the Aplication of Ferroelectrics
  • 発表場所: 奈良県新公会堂
  • 年月日: 2007-05-28
• [学会発表] Preparation and characterization of Bi-perovskite oxide films for piezo applications (2007)
  • 著者名/発表者名: Shintaro Yasui, Hiroshi Naganuma, Soichiro Okamura, Takashi Iijima, Ken Nishida, Hiroshi Uchida, Seiichiro Koda, and Hiroshi Funakubo
  • 学会等名: The 16th International Symposium on the Application of Ferroelectrics
  • 発表場所: 奈良県新公会堂
  • 年月日: 2007-05-28
• [学会発表] 分極反転の繰り返しがPZT厚膜の圧電特性及び強誘電特性に及ぼす影響 (2007)
  • 著者名/発表者名: 小林 裕二, 永沼 博, 岡村 総一郎, 飯島 高志
  • 学会等名: 第24回強誘電体応用会議
  • 発表場所: コープイン京都
  • 年月日: 2007-05-25
• [学会発表] Leakage current mechanism of BiFeO_3 films (2007)
  • 著者名/発表者名: Hiroshi Naganuma, Yosuke Inoue and Soichiro Okamura
  • 学会等名: International Symposium on Integrated Ferroelectric
  • 発表場所: Bordeaux, France
  • 年月日: 2007-05-10
• [学会発表] Bi concentration dependence of ferroelectric and magnetic properties in BiFeO_3 films (2007)
  • 著者名/発表者名: Hiroshi Naganuma, Tomosato Okubo and Soichiro Okamura
  • 学会等名: International Symposium on Integrated Ferroelectric
  • 発表場所: Bordeaux, France
  • 年月日: 2007-05-10