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自立結晶の自在積層によるスピントロニクス機能開発

研究課題

研究課題/領域番号 23KJ1239
研究種目

特別研究員奨励費

配分区分基金
応募区分国内
審査区分 小区分29020:薄膜および表面界面物性関連
研究機関京都大学

研究代表者

SHEN YUFAN  京都大学, 理学研究科, 特別研究員(DC2)

研究期間 (年度) 2023-04-25 – 2025-03-31
研究課題ステータス 交付 (2023年度)
配分額 *注記
2,000千円 (直接経費: 2,000千円)
2024年度: 1,000千円 (直接経費: 1,000千円)
2023年度: 1,000千円 (直接経費: 1,000千円)
キーワードFerroelectricity / Freestanding Membranes / Hafnia
研究開始時の研究の概要

Under this project, I will develop next-generation stackable electronic devices, which are multifunctional and impossible to fabricate in the past. Benefiting from such new devices, both practical application and scientific research in electronics or spintronics can be greatly promoted.

研究実績の概要

My project is to fabricate ferroelectric oxide freestanding membranes and integrate them into limit-free multiferroic electronic devices, realizing electrical performance controlled by electrical and magnetic fields.
During this project year, I stabilized ferroelectric hafnia thin films epitaxially by using pulse laser deposition, the mechanism of which is also clarified.
Furthermore, I exfoliated the ultrathin hafnia membranes down to 1 nm and confirmed the survival of ferroelectricity in this atomically thin oxide membrane, verifying the scale-free ferroelectricity in hafnia. The related work is under review currently and this work validates the possible limit-free multiferroic electronic devices based on these ultrathin membranes.

現在までの達成度 (区分)
現在までの達成度 (区分)

2: おおむね順調に進展している

理由

The research aim for the first project year is to develop damage-free exfoliation method for fabricating freestanding membranes and characterize their ferroelectricity. During the past one year, I have accomplished my project goal for the first year.
During the past year, after stabilizing the hafnia epitaxial thin films, I developed a method to exfoliate them from the substrate without largely deteriorating the hafnia's crystallinity. Using this method, an almost single-crystal hafnia freestanding membrane down to the atomic thickness (1-nm-thick) was fabricated, with switchable ferroelectric polarization at room temperature being confirmed.
These ultrathin thin ferroelectric hafnia membranes can be used for fabricaitng limit-free multiferroelectric devices in the next project year.

今後の研究の推進方策

During the last project year, I will proceed to stack these freestanding ferroelectric ultrathin hafnia membranes with the perpendicularly magnetized thin films to fabricate the multiferroic electronic devices, and tailor the electrical performance of the devices by using both electrical and magnetic fields.

報告書

(1件)
  • 2023 実施状況報告書
  • 研究成果

    (5件)

すべて 2023

すべて 雑誌論文 (1件) (うち査読あり 1件) 学会発表 (4件) (うち国際学会 2件)

  • [雑誌論文] Stabilization of ferroelectric HZO epitaxial films via monolayer reconstruction driven by valence-dependent interfacial redox reaction and intralayer electron transfer2023

    • 著者名/発表者名
      Shen Yufan、Haruta Mitsutaka、Lin I-Ching、Xie Lingling、Kan Daisuke、Shimakawa Yuichi
    • 雑誌名

      Physical Review Materials

      巻: 7 号: 11 ページ: 1144051-8

    • DOI

      10.1103/physrevmaterials.7.114405

    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
    • 査読あり
  • [学会発表] Ultrathin Freestanding Membranes of Ferroelectric Hafnia2023

    • 著者名/発表者名
      Yufan Shen
    • 学会等名
      第71回応用物理学会春季学術講演会, 東京, Mar. 23 (2024)
    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
  • [学会発表] Epitaxial Stabilization of Ferroelectric Hf0.5Zr0.5O2 via Interfacial Reconstruction2023

    • 著者名/発表者名
      Yufan Shen
    • 学会等名
      第84回応用物理学会秋季学術講演会, 熊本, Sep. 20 (2023).
    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
  • [学会発表] , Epitaxial Growth of Meta-stable Ferroelectric Hf0.5Zr0.5O2 Assisted by Interfacial Structure Reconstruction2023

    • 著者名/発表者名
      Yufan Shen
    • 学会等名
      MRM2023/IUMRS-ICA2023 Grand Meeting, Kyoto, Japan, Dec. 13 (2023).
    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Stabilization of Ferroelectric Hf0.5Zr0.5O2 Epitaxial Films via Monolayer Reconstruction Driven by Interfacial Redox Reaction2023

    • 著者名/発表者名
      Yufan Shen
    • 学会等名
      29th International Workshop on Oxide Electronics (iWOE29), Busan, Korea, Oct. 16 (2023)
    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
    • 国際学会

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公開日: 2023-04-26   更新日: 2024-12-25  

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