金属酸化物人工格子による強相関電子デバイスの創成

2001 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 13750012
• 研究種目: 奨励研究(A)
• 研究機関: 大阪大学
• 研究代表者: 田中 秀和 大阪大学, 産業科学研究所, 助手 (80294130)
• キーワード: 歪み効果 / 室温超巨大磁気抵抗 / ペロブスカイト酸化物 / Ba系Mn酸化物 / p-n接合 / 磁性電界制御

研究概要

遷移金属酸化物は、僅かな摂動(電子濃度、圧力、温度)で強磁性、超巨大磁気抵抗、超伝導、強誘電性、高速光応答等の諸物性を発現する。この酸化物を基本とした人工格子を作製し強相関電子物性を制御できる新機能材料を創出する。
(1)(La, Ba)MnO_3薄膜系室温超巨大磁気抵抗材料の創製
磁気抵抗材料は磁気センサ、ハードディスクの磁気ヘッド等に使用される重要な材料であり、近年、ペロブスカイト型酸化物において超巨大な磁気抵抗が注目されているが、低温、大きな磁場が必要な事が問題点であった。
レーザアブレーション法により(La_<0.9>Ba_<0.1>)MnO_3薄膜を作製し単結晶に近い高品質エピタキシャル薄膜を作製する事が出来、また多結晶バルク材料に比較して2倍以上の磁気抵抗(MR)効果を得ることに成功した。(J. Appl. Phy発表)膜厚1000Åにおいて室温でも45%(at8000G)の非常に高い値を得ることに成功した(磁性酸化物においての世界最高値)。また、Ba濃度を詳細に変化させ(La, Ba)MnO_3系歪み薄膜の新しい相図を完成した(Phys. Rev. B発表)。
(2)室温電場応答磁性材料
上記物質の僅かなキャリア濃度で室温強磁性が発現する事を利用し単結晶板上に、(La, Ba)MnO_3を基本としたp-n接合を作製し、初めて電界による室温での磁性制御に成功した(Phy. Rev. Lett. 発表)。
これまで、磁性半導体における-248℃での磁性制御が報告されていたが、これを大きく凌駕するものであり、応用的にも意義は非常に大きい。
更にヒステリシススイッチのデモンストレーション、超高効率化等に向けてp型n型物質すべてを薄膜化し新たなデバイス構造を作製する為の条件を見出し整流特性等のデバイスとしても基礎特性をデモンストレーション出来た。(Appl. Rev. Lett. 投稿中)。

研究成果

• [文献書誌] H.Tanaka, J.Zhang, T.Kawai: "Giant Electric Field Modulation of Double Exchange Ferromagnetism at Room Temperature in the Perovskite Manganite/Titanate p-n Junction"Phys. Rev. Lett.. 88. 027204 (2002)
• [文献書誌] H.Tanaka, K.Betsuyaku, H.Katayama-Yoshida, T.Kawai: "Perovskite alloying in SrTiO_3-(La, Sr)MnO_3 solid solution films and their electrical transport properties"Solid State Communications. (in press). (2002)
• [文献書誌] T.Kanki, H.Tanaka, T.Kawai: "Anomalous strain effect in La_<0.8>Ba_<0.2>MnO_3 epitaxial thin film : The role of degree of freedom on orbital in stabilizing ferromagnetism"Phys. Rev. B. 64. 224418 (2001)
• [文献書誌] J.Zhang, H.Tanaka, T.Kanki, J.Choi, T.Kawai: "Strain effect and phase diagram of La_<1-x>Ba_xMnO_3 thin films"Phys. Rev. B. 64. 184404 (2001)
• [文献書誌] H.Katsu, H.Tanaka, T.Kawai: "Dependence of carrier doping level on the photo-control of(La, Sr)MnO_3/SrTiO_3 functional heterojunction"J. Appl. Phys.. 90. 4578-4582 (2001)
• [文献書誌] J.Zhang, H.Tanaka, T.Kawai: "Strain-induced insulator metal transition and room temperature colossal magnetoresistance in low doped La_<1-x>Ba_xMnO_3thin films"J. Appl. Phys.. 90. 6275-6279 (2001)
• [文献書誌] H.Tanaka, T.Kanki, H.Katsu, J.Zhang, Y.Yamamoto, H.Tabata, T.Kawai: "Novel Functional Magnetic Oxide Artificial Lattices in Strongly Correlated Electron System"Trans. of the Mat. Res. Soc. Jpn.. 26. 1033-1036 (2001)
• [文献書誌] J.Zhang, H.Tanaka, T.Kanki, T.Kawai: "Anomalous strain effect on magnetic properties of La_<1-x>Ba_xMnO_3 epitaxial thin films"Surf. Interface Anal.. 32. 62-65 (2001)
• [文献書誌] 田中 秀和, 川合 知二: "原子レベルで機能調和した人工格子"日本結晶学会誌. 43. 108-115 (2001)
• [文献書誌] 田中 秀和, 川合 知二: "機能調和人工格子が拓くこれからの材料科学"金属. 71. 155-159 (2001)