| 研究課題/領域番号 |
19J15290
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| 研究種目 |
特別研究員奨励費
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| 配分区分 | 補助金 |
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| 応募区分 | 国内 |
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| 審査区分 |
小区分26020:無機材料および物性関連
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| 研究機関 | 大阪府立大学 |
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研究代表者 |
三浦 光平 大阪府立大学, 工学研究科, 特別研究員(DC2)
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| 研究期間 (年度) |
2019-04-25 – 2021-03-31
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| 研究課題ステータス |
完了 (2020年度)
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| 配分額 *注記 |
2,100千円 (直接経費: 2,100千円)
2020年度: 1,000千円 (直接経費: 1,000千円)
2019年度: 1,100千円 (直接経費: 1,100千円)
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| キーワード | 強相関系材料 / 強誘電体 / 光誘起物性 / フォトルミネッセンス測定 / d-d遷移 / 光誘起電流 |
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| 研究開始時の研究の概要 |
THz周波数帯の光は電波の透過性と赤外光の分解能を併せ持ち、セキュリティー応用や医療応用などの幅広い分野での活躍が期待されている。一方で、THz波の検出は電波技術では高い周波数が、光学技術では小さなエネルギーが問題となる。製品化されている検出器は、室温動作での検出感度が低いことや、動作周波数が狭い等の問題が顕在化している。そこで、本研究は、人体から放射される脳波やDNAやたんぱく質などの生体高分子の振動による微弱な電磁波をセンシングするバイタルセンサーの超高感度化に向けて、フォノン振動数がTHz帯にある強相関強誘電体をゲートにしたトランジスタによる、高感度なTHz波検出デバイスの開発を目指す。
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| 研究実績の概要 |
昨年度に引き続き、高感度なTHzセンシングデバイスの構築に向けた強相関系強誘電体の光誘起物性ならびに、その発現メカニズムについて主に取り組んだ。本研究では、強相関強誘電体に特有の遷移金属由来の準位に起因した吸収が顕著にみられるYMnO3を用いた。YMnO3薄膜を透明基板ならびに下部電極上にパルスレーザー堆積法を用いて作製し、電気特性、光学特性ならびに光照射時の電気特性の測定に取り組んだ。
光学特性において、光学吸収測定とフォトルミネッセンス測定を用いることで、光照射に伴う電子遷移が格子振動や磁気秩序に与える影響について検討した。励起光エネルギー依存性ならびに温度依存性から、スピンの反転・緩和過程を介した電子遷移に起因した発光帯をフォトルミネッセンス測定という簡易的な測定手法で初めて観測した。また、酸素欠損量が異なる試料を用いて、超交換相互作用の違いが発光特性に与える影響についても議論した。そこから、磁気秩序と電子遷移の相関について検討を行った。
光照射時の電気特性については、その発生メカニズムは複雑であり、バルク効果と電極との界面の効果を切り離して、議論する必要がある。そこで、精確に光誘起電流の測定を行うために、透明電極と層間絶縁膜を用いて、光照射部と電極部を離した構造の作製にも取り組んだ。材料選定やそのプロセスとの親和性を検討し、プロセスの確立を行った。
これらのことから、強相関強誘電体YMnO3薄膜の光誘起物性における電子励起や電子遷移と磁気秩序の影響を明らかにした。このような磁気秩序の形成と光物性やキャリア伝導機構との相関は、マグノンやフォノンといったTHz帯に存在する小さなエネルギーを有している素励起を利用した、新奇なセンシングデバイスへの構築指針の一つとなると考えられる。
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| 現在までの達成度 (段落) |
令和2年度が最終年度であるため、記入しない。
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| 今後の研究の推進方策 |
令和2年度が最終年度であるため、記入しない。
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