第一原理による機能性酸化物材料の原子構造および電子状態の理論計算

2013 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 11F01799
• 研究機関: 東北大学
• 研究代表者: 幾原 雄一 東北大学, 原子分子材料科学高等研究機構, 教授
• 研究分担者: LV Shuhui 東北大学, 原子分子材料科学高等研究機構, 外国人特別研究員
• キーワード: 査透過型電子顕微鏡 / 第一原理的な理論計算 / 界面原子構造 / 磁性 / 高角環状暗視野(HAADF)像 / SrTiO_3結晶基板 / 電子状態 / Sr_2FeTaO_6

研究概要

ダブルペロブスカイト構造のSr_2FeTaO_6結晶は、ディスオーダー相で頻繁に存在し、23K以下の温度においてスピングラス的挙動を示すことが明らかになった。このような挙動は、磁性Feイオン原子間の第二最近接原子間の相互作用(Next-Nearest-Neighbour Interaction)に由来することが以前から報告されている。このNNN相互作用の存在を検証するために、まず実験的にSr_2FeTaO_6薄膜における安定なBサイトオーダー相を得ることが不可欠である。パルスレーザーデポジション法によって、SrTiO_3結晶基板の(111)面上にエピタキシャル成長させたダブルペロブスカイト構造の良質なBサイトオーダーSr_2FeTaO_6薄膜を得ることができた。
球面収差補正器(Cs-Corrector)搭載の走査透過型電子顕微鏡(STEM)の高角環状暗視野(HAADF)像及び電子エネルギー損失分光法(EELS)を用いて、Sr_2FeTaO_6薄膜の微細原子構造について詳細な観察を行った。
この投影原子構造モデルを基に、理論計算で用いる三次元原子構造モデルが推定できる。SrTiO_3結晶基板では二種類の終端層の極性、Sr_2FeTaO_6薄膜では三種類の終端層、六回対称の界面原子積層を考慮すると、18種類の三次元界面原子構造モデルが推定される。界面吸着エネルギーの計算結果によると、界面においてSrTiO_3結晶はSrO_3-終端及びSr_2FeTaO_6結晶はTa-終端のケースが安定であることが明らかになった。この構造に対して、Vienna ab initio simulation package (VASP)計算を行い、界面電子状態をシミュレートした。その際、NNN相互作用するFe磁性イオンの様々な相対配列を考慮した。

今後の研究の推進方策

(抄録なし)

研究成果

• [雑誌論文] Atomistic Geometry and Bonding Characteristics at the Sr_2FeTaO_6/SrTi O_3Interfac (2013)
  • 著者名/発表者名: S. Lv, M. Saito, Z. Wang, S. Chakraverty, M. Kawasaki, Y. Ikuhara
  • 雑誌名: Applied Physics Letters 巻: 102 ページ: 221602-221602-4
  • DOI: 10.1063/1.4809536
  • 査読あり
• [雑誌論文] Atomic and ElectronicStructure of La_2CoMnO_6 on SrTiO_3 and LaAlO_3 Substrates from First Principles (2013)
  • 著者名/発表者名: S. Lv, Z. Wang, M. Saito, Y. Ikuhara
  • 雑誌名: Journal of Applied Physics 巻: 113 ページ: 203704-203704-11
  • DOI: 10.1063/1.4807410
  • 査読あり
• [雑誌論文] Atomic-scale Structure and Electronic Property of the La_2FeCrO_6/SrTiO_3 Interface (2013)
  • 著者名/発表者名: S. Lv, M. Saito, Z. Wang, C. Chen, S. Chakraverty, M. Kawasaki, Y. Ikuhara
  • 雑誌名: Journal of Applied Physics 巻: 114 ページ: 113705-113705-4
  • DOI: 10.1063/1.4821795
  • 査読あり
• [雑誌論文] Oxygen Segregation at Coherent Grain Boundaries of Cubic Boron Nitride (2013)
  • 著者名/発表者名: C. Chen, S. Lv, Z. Wang, M. Saito, N. Shibada, T. Taniguchi, Y. Ikuhara
  • 雑誌名: Applied Physics Letters 巻: 102 ページ: 091607-091607-5
  • DOI: 10.1063/1.4795300
  • 査読あり
• [学会発表] Atomic-scale Structure and Electronic Property of the Sr_2FeTaO_6/SrTiO_3 Interface (2013)
  • 著者名/発表者名: Shuhui Lv, Mitsuhiro Saito, Zhongchang Wang, Chunlin Chen, Yuichi Ikuhara
  • 学会等名: Materials Science & Technology 2013 Conference & Exhibition
  • 発表場所: Montreal, Quebec Canada
  • 年月日: 20131027-31