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2018 年度 実績報告書

相分離型マルチフェロイック薄膜の開発と電圧駆動超高速低消費電力光制御デバイス応用

研究課題

研究課題/領域番号 16H04329
研究機関豊橋技術科学大学

研究代表者

中村 雄一  豊橋技術科学大学, 工学(系)研究科(研究院), 准教授 (20345953)

研究分担者 後藤 太一  豊橋技術科学大学, 工学(系)研究科(研究院), 助教 (00721507)
内田 裕久  豊橋技術科学大学, 工学(系)研究科(研究院), 教授 (30271000)
井上 光輝  豊橋技術科学大学, 工学(系)研究科(研究院), 教授 (90159997)
研究期間 (年度) 2016-04-01 – 2019-03-31
キーワードマルチフェロイック複合膜
研究実績の概要

① 相分離型マルチフェロイック薄膜材料の形成プロセスの確立
相分離型マルチフェロイック薄膜材料の形成プロセスについて、パルスレーザ堆積法を用いて、GGG(111)単結晶基板上にCoFe2O4(CFO)をバッファ層を導入することで、ほぼ二軸配向したBaTiO3(BTO)を成長できる技術を確立した。それを踏まえ、複合膜の形成技術を検討した結果、ガーネット柱のサイズ、間隔が数10μm以上と広い場合には同時成長は難しいが、そのサイズ・間隔を数μmオーダー以下に適切に制御し、電子線リソグラフィ技術によりパターン化したCFO/BTO層を形成することで、希土類鉄ガーネットを強磁性相とする相分離型マルチフェロイック薄膜材料を形成できる可能性を見いだした。
② MPC+マルチフェロイック複合膜の形成方法の検討
前年度の成果を踏まえ、全ガーネットの磁性フォトニック結晶(MPC)の作製と評価を試みた。上下の誘電体ミラーを3ペアとしてMPCを作製・評価した結果、膜厚ズレなどにより設計値の約70%程度の回転角となったもののMPCとしての特性は得られ、キャビティに①の成果を踏まえた複合膜を入れることで、目標とするMPC-マルチフェロイック複合膜が得られると期待できる。
③ マルチフェロイック複合膜への電極形成技術の検討
①の成果を踏まえ、マルチフェロイック薄膜複合材料への電極形成技術の検討を進めた結果、ペロブスカイト構造をもつ導電性酸化物であるSrRuO3(SRO)を下部電極して用いることで、GGG単結晶基板/CFOバッファ層上に下部電極付きの配向したBTO層を形成する技術を確立した。これを用いてGGG基板上の(111)配向したBTOの誘電特性を評価した結果、SROが下部電極として有効であることは確認できたが、得られた分極値は小さく、バッファ層上のBTOの結晶性を改善する必要があることが分かった。

現在までの達成度 (段落)

平成30年度が最終年度であるため、記入しない。

今後の研究の推進方策

平成30年度が最終年度であるため、記入しない。

  • 研究成果

    (4件)

すべて 2018 その他

すべて 国際共同研究 (1件) 雑誌論文 (1件) (うち国際共著 1件、 査読あり 1件) 学会発表 (2件) (うち国際学会 1件)

  • [国際共同研究] マサチューセッツ工科大学(米国)

    • 国名
      米国
    • 外国機関名
      マサチューセッツ工科大学
  • [雑誌論文] Static and Dynamic Magnetic Properties of Single‐Crystalline Yttrium Iron Garnet Films Epitaxially Grown on Three Garnet Substrates2018

    • 著者名/発表者名
      T. Yoshimoto, T. Goto, K. Shimada, B. Iwamoto, Y. Nakamura, H. Uchida, C. A. Ross, M. Inoue
    • 雑誌名

      Adv. Electron. Mater.

      巻: 4 ページ: 1800106(1-8)

    • DOI

      10.1002/aelm.201800106

    • 査読あり / 国際共著
  • [学会発表] 光変調を目指したマルチフェロイック複合膜の作製と評価2018

    • 著者名/発表者名
      中村雄一,鎌田直秀,後藤太一,内田裕久,井上光輝
    • 学会等名
      電子情報通信学会 電子部品・材料研究会
  • [学会発表] Fabrication and properties of multiferroic composites by PLD for voltage-driven magneto-optic spatial light modulator2018

    • 著者名/発表者名
      Yuichi Nakamura, Naohide Kamada, Taichi Goto, Hironaga Uchida, Mitsuteru Inoue
    • 学会等名
      Materials Research Society Fall meeting & Exhibition
    • 国際学会

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公開日: 2019-12-27  

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