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2018 年度 実績報告書

光アクチュエータを指向した強誘電体薄膜における異常光起電力効果の増強

研究課題

研究課題/領域番号 16K06272
研究機関兵庫県立大学

研究代表者

中嶋 誠二  兵庫県立大学, 工学研究科, 准教授 (80552702)

研究期間 (年度) 2016-04-01 – 2019-03-31
キーワード光起電力効果 / 強誘電体 / BiFeO3 / 光アクチュエータ / 異常光起電力 / 薄膜
研究実績の概要

平成30年度は、昨年度見出されたカンチレバー先端変位量の理論式との比較を行った。カンチレバー切り出し方向と照射光偏光角から算出したところ、カンチレバー先端変位量は照射光偏向角(φ)に対してsin 2φの形で変化することが見出され、カンチレバー先端変位量の変化と一致した。このことから、本研究で見出した、光誘起歪はバルク光起電力効果と逆圧電効果の結合によるものであると考えられる。
次に、BFO薄膜へのMnドープがその局所構造に及ぼす影響を、放射光を用いた蛍光X
線ホログラフィにより詳しく調べた。蛍光X線ホログラフィは大気中で測定可能でドーパント近傍の原子構造を可視化できる強力な手法である。これにより、ドーパントであるMnおよびFe近傍の局所構造を観察したところ、ドーパントであるMnはFeサイトに置換しており、最近接のBi原子の構造揺らぎを安定化させる働きがあることが分かった。このことはMnドープBFOにおいて絶縁性が向上し、光起電力が大幅に増大したことに関係していると考えられるが、今後さらなる検討が必要である。
本研究では、強誘電体BiFeO3の光誘起歪の観察を目指し、光起電力の向上に取り組んだ。その結果、BFOへのMnドープにより絶縁性が向上し、それに伴い光起電力が増大した。室温において287Vの起電力発生を確認し、90Kは約870Vの高電圧発生を確認した。このMnドープBFO薄膜を用い、カンチレバー構造を作製し、先端変位量の照射光偏光角依存性を確認したところ、最大8μmの変位量が確認でき、その変位量は偏光角(φ)に対してsin 2φの依存性を示し、理論式と良い一致を示した。また、BFOへのMnドープが電子構造と局所構造に与える影響を放射光X線により調べたところ、フェルミレベルの変化と結晶構造の揺らぎを安定化させる効果が確認できた。

  • 研究成果

    (15件)

すべて 2019 2018

すべて 雑誌論文 (1件) (うち査読あり 1件) 学会発表 (14件) (うち国際学会 5件、 招待講演 1件)

  • [雑誌論文] Bulk photovoltaic effects in Mn-doped BiFeO3 thin films and the optical strains2018

    • 著者名/発表者名
      S. Nakashima、R. Hayashimoto、H. Fujisawa、and M. Shimizu
    • 雑誌名

      Japanese Journal of Applied Physics

      巻: 57 ページ: 11UF11-1~5

    • DOI

      10.7567/JJAP.57.11UF11

    • 査読あり
  • [学会発表] 蛍光X線ホログラフィを用いたMnドープBiFeO3薄膜の局所構造解析2019

    • 著者名/発表者名
      渕脇 八雲、 中嶋 誠、 藤澤 浩、 黒川 悠太、 八方 直久、 林 好一、 木村 耕治、 山本 裕太、 松本 亮平
    • 学会等名
      2019年第66回応用物理学春季学術講演会
  • [学会発表] ドットパターンを形成したSrTiO3(001)基板上へのBiFeO3薄膜の製作2019

    • 著者名/発表者名
      木村 伶志、 黒川 悠太、 中嶋 誠二、 藤沢 浩訓
    • 学会等名
      2019年第66回応用物理学春季学術講演会
  • [学会発表] マルチフェロイック材料の物性とその応用2019

    • 著者名/発表者名
      中嶋誠二、藤沢浩訓、清水勝
    • 学会等名
      第10回電気学会圧電MEMS調査専門委員会
    • 招待講演
  • [学会発表] “Evidence of Acceptor Doping to BiFeO3 Thin Films by Mn doping and Their Bulk Photovoltaic Effect2018

    • 著者名/発表者名
      S. Nakashima, K. Takayama, H. Fujisawa, T. Higuchi, A. Yasui, T. Kinoshita and M. Shimizu
    • 学会等名
      2018 ISAF-FMA-AMF-AMEC-PFM Joint Conference (IFAAP2018)
    • 国際学会
  • [学会発表] Growth Window in Metalorganic Chemical Vaper Deposition of BiFeO3 Thin Films2018

    • 著者名/発表者名
      N. Yoshimura, T. Tanaka, S. Nakashima, H. Fujisawa, and M. Shimizu
    • 学会等名
      2018 ISAF-FMA-AMF-AMEC-PFM Joint Conference (IFAAP2018)
    • 国際学会
  • [学会発表] Formation of Ferroelectric Domain Walls into (110)-oriented BiFeO3 Thin Films2018

    • 著者名/発表者名
      Y. Kurokawa, S. Nakashima, H. Fujisawa, and M. Shimizu
    • 学会等名
      2018 ISAF-FMA-AMF-AMEC-PFM Joint Conference (IFAAP2018)
    • 国際学会
  • [学会発表] 強誘電体バルク光起電力効果とそれを用いた光アクチュエータ2018

    • 著者名/発表者名
      中嶋誠二, 林本竜、藤沢浩訓、清水勝、樋口透、保井晃、木下豊彦
    • 学会等名
      第13回日本セラミックス協会関西支部学術講演会
  • [学会発表] 強誘電体BiFeO3を用いたpn接合の形成とその電気的特性2018

    • 著者名/発表者名
      渕脇八雲、中嶋誠二、藤沢浩訓、清水勝
    • 学会等名
      第13回日本セラミックス協会関西支部学術講演会
  • [学会発表] Optical Strains of Mn-doped BiFeO3 Thin Films Induced by Bulk Photovoltaic Effect and Inverse Piezoelectric Effect2018

    • 著者名/発表者名
      R. Hayashimoto, S. Nakashima, H. Fujisawa, and M. Shimizu
    • 学会等名
      12th Japan-Korea Conference on Ferroelectrics
    • 国際学会
  • [学会発表] Metalorganic Chemical Vapor Deposition of BiFeO3 Thin Films Using FeOx Seed Layer2018

    • 著者名/発表者名
      N. Yoshimura, T. Tanaka, H. Fujisawa, S. Nakashima, and M. Shimizu
    • 学会等名
      12th Japan-Korea Conference on Ferroelectrics
    • 国際学会
  • [学会発表] MnドープBiFeO3薄膜のバルク光起電力効果とそれによって発生する光誘起歪2018

    • 著者名/発表者名
      林本 竜、中嶋 誠二、藤沢 浩訓、清水 勝
    • 学会等名
      2018年第78回応用物理学会秋季学術講演会
  • [学会発表] Fe2O3シード層がBiFeO3薄膜のMOCVD成長に及ぼす影響2018

    • 著者名/発表者名
      吉村 奈緒、 藤沢 浩訓、 中嶋 誠二、 清水 勝
    • 学会等名
      2018年第78回応用物理学会秋季学術講演会
  • [学会発表] パターン化傾斜SrTiO3(110)基板上のBiFeO3薄膜への帯電ドメインウォールの形成2018

    • 著者名/発表者名
      黒川 悠太、中嶋 誠二、藤沢 浩訓、清水 勝
    • 学会等名
      第28回日本MRS年次大会
  • [学会発表] Fe2O3シード層を用いたMOCVD法によるBiFeO3薄膜の成長2018

    • 著者名/発表者名
      今井 友哉、中嶋 誠二、藤沢 浩訓、清水 勝
    • 学会等名
      第28回日本MRS年次大会

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公開日: 2019-12-27  

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