可逆的配位数スイッチングを用いた単一マルチフェロイック材料のメモリ応用

2019 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 19H02426
• 研究機関: 東京工業大学
• 研究代表者: 安井 伸太郎 東京工業大学, 科学技術創成研究院, 助教 (40616687)
• 研究期間 (年度): 2019-04-01 – 2022-03-31
• キーワード: マルチフェロイック / k-Al2O3構造 / 強誘電性 / 磁性

研究実績の概要

GaFeO3単結晶およびCr-doped GaFeO3薄膜の作製を行った。まず単結晶においてk相の安定的な作製のために酸素十気圧下でFloating Zone(FZ)法にて単結晶を作製した。FeおよびGaが等量において状態図上では安定作成が可能であるが、これらの不定比組成においては準安定相である。高圧FZを用いることで単結晶育成条件をオプティマイズした結果、Fe量1.3(Ga0.7)組成までの範囲で安定的に育成することを確認した。さらに作製した種々の組成を有する単結晶において磁性を調査した結果、Fe量の増加に従いフェリ磁性のディスオーダー化するキュリー温度は増加する傾向が示された。キュリー温度の系統的な変化より、Feのサイト占有は系統的に変化すると考えられる。さらにScドープしたGaFeO3においてもSc量は0-0.2(Sc量を増加させるにつれてGa量を減少させた場合)の範囲で安定的に結晶育成が可能であった。Sc量の変化に対する物性の変化は現在調査中である。
作製したしたGaFeO3単結晶上に絶縁性のSc-dope GaFeO3薄膜を作製した。下地の単結晶は半導体的な電子伝導を示すゆえに電極材料として用いることが可能であると判断する。作製した薄膜上部にPtパッド電極を作製し強誘電測定を行った結果、計算値の20uC/cm2の半分程度の分極値を示すことが分かった。また、これらの測定は非常に難しく、下地基板の伝導性が不十分であることが原因であり、薄膜成膜条件によって酸素アニールされることから絶縁性上昇されることが同時に理解できた。

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

初年度、単結晶育成の条件出しに予定以上の時間がかかったことで薄膜作製への展開が遅延したが、その間に別基板における薄膜作製の条件出しに展開し、遅れを取り戻すことが可能となった。初年度から2年目にかけて繰り越しを行ったが、現時点において当初の予定まで追いつき、現時点ではおおむね順調に進展している。

今後の研究の推進方策

現時点では遅れを取り戻したため、当初の予定通り研究遂行する予定である。

研究成果

• [国際共同研究] State University of NewYork(米国)
  • 国名: 米国
  • 外国機関名: State University of NewYork
• [国際共同研究] IIT Baranashi(インド)
  • 国名: インド
  • 外国機関名: IIT Baranashi
• [国際共同研究] Shanghai Institute of Ceramics(中国)
  • 国名: 中国
  • 外国機関名: Shanghai Institute of Ceramics
• [雑誌論文] Dielectric response of BaTiO3 electronic states under AC fields via microsecond time-resolved X-ray absorption spectroscopy (2021)
  • 著者名/発表者名: Kato S.、Nakajima N.、Yasui S.、Yasuhara S.、Fu D.、Adachi J.、Nitani H.、Takeichi Y.、Anspoks A.
  • 雑誌名: Acta Materialia 巻: 207 ページ: 116681～116681
  • DOI: 10.1016/j.actamat.2021.116681
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Room-Temperature Antiferroelectricity in Multiferroic Hexagonal Rare-Earth Ferrites (2021)
  • 著者名/発表者名: Kasahara Jun、Katayama Tsukasa、Mo Shishin、Chikamatsu Akira、Hamasaki Yosuke、Yasui Shintaro、Itoh Mitsuru、Hasegawa Tetsuya
  • 雑誌名: ACS Applied Materials & Interfaces 巻: 13 ページ: 4230～4235
  • DOI: 10.1021/acsami.0c20924
  • 査読あり
• [雑誌論文] Large Polarization Switching and High-Temperature Magnetoelectric Coupling in Multiferroic GaFeO3 Systems (2020)
  • 著者名/発表者名: Wang Hui、Zhang Yang、Tachiyama Koki、Xia Zhaoyang、Fang Jinghong、Li Qin、Cheng Guofeng、Shi Yun、Yu Jianding、Katayama Tsukasa、Yasui Shintaro、Itoh Mitsuru
  • 雑誌名: Inorganic Chemistry 巻: 60 ページ: 225～230
  • DOI: 10.1021/acs.inorgchem.0c02855
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Growth mechanism and domain structure study on epitaxial BiFeO3 film grown on (La0.3Sr0.7)(Al0.65Ta0.35)O3 (2020)
  • 著者名/発表者名: Bae In-Tae、Yasui Shintaro、Ichinose Tomohiro、Itoh Mitsuru、Shiraishi Takahisa、Kiguchi Takanori、Naganuma Hiroshi
  • 雑誌名: Journal of Applied Physics 巻: 127 ページ: 245303～245303
  • DOI: 10.1063/5.0005672
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Epitaxial strain engineering of luminescent properties in ZnGa2O4:Mn thin films (2020)
  • 著者名/発表者名: Dazai Takuro、Yasui Shintaro、Taniyama Tomoyasu、Itoh Mitsuru
  • 雑誌名: Applied Physics Express 巻: 13 ページ: 082004～082004
  • DOI: 10.35848/1882-0786/aba286
  • 査読あり
• [雑誌論文] Bandgap tuning and optimization of green-emitting Zn2SnO4-Mg2SnO4:Mn2+ using combinatorial pulsed laser deposition (2020)
  • 著者名/発表者名: Dazai Takuro、Yasui Shintaro、Taniyama Tomoyasu、Itoh Mitsuru
  • 雑誌名: Ceramics International 巻: 46 ページ: 21771～21774
  • DOI: 10.1016/j.ceramint.2020.05.288
  • 査読あり
• [雑誌論文] Simple Method to Obtain Large‐Size Single‐Crystalline Oxide Sheets (2020)
  • 著者名/発表者名: Gu Ke、Katayama Tsukasa、Yasui Shintaro、Chikamatsu Akira、Yasuhara Sou、Itoh Mitsuru、Hasegawa Tetsuya
  • 雑誌名: Advanced Functional Materials 巻: 30 ページ: 2001236～2001236
  • DOI: 10.1002/adfm.202001236
  • 査読あり
• [雑誌論文] Redox-Based Multilevel Resistive Switching in AlFeO3 Thin-Film Heterostructures (2020)
  • 著者名/発表者名: Rao Badari Narayana、Yasui Shintaro、Han Yefei、Hamasaki Yosuke、Katayama Tsukasa、Shiraishi Takahisa、Kiguchi Takanori、Itoh Mitsuru
  • 雑誌名: ACS Applied Electronic Materials 巻: 2 ページ: 1065～1073
  • DOI: 10.1021/acsaelm.0c00083
  • 査読あり
• [雑誌論文] Modulating the Structure and Magnetic Properties of ε-Fe2O3 Nanoparticles via Electrochemical Li+ Insertion (2020)
  • 著者名/発表者名: Yasuhara Sou、Hamasaki Yosuke、Katayama Tsukasa、Ao Takahiro、Inaguma Yoshiyuki、Hojo Hajime、Karppinen Maarit、Philip Anish、Yasui Shintaro、Itoh Mitsuru
  • 雑誌名: Inorganic Chemistry 巻: 59 ページ: 4357～4365
  • DOI: 10.1021/acs.inorgchem.9b03302
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Switchable third ScFeO3 polar ferromagnet with YMnO3-type structure (2020)
  • 著者名/発表者名: Hamasaki Yosuke、Katayama Tsukasa、Yasui Shintaro、Shiraishi Takahisa、Akama Akihiro、Kiguchi Takanori、Taniyama Tomoyasu、Itoh Mitsuru
  • 雑誌名: Journal of Materials Chemistry C 巻: 8 ページ: 4447～4452
  • DOI: 10.1039/C9TC07006K
  • 査読あり
• [雑誌論文] Investigation of ferrimagnetism and ferroelectricity in AlxFe2-xO3 thin films (2020)
  • 著者名/発表者名: Rao Badari Narayana、Yasui Shintaro、Katayama Tsukasa、Taguchi Ayako、Moriwake Hiroki、Hamasaki Yosuke、Itoh Mitsuru
  • 雑誌名: Journal of Materials Chemistry C 巻: 8 ページ: 706～714
  • DOI: 10.1039/C9TC05390E
  • 査読あり
• [雑誌論文] Cation-Deficiency-Induced Crystal-Site Engineering for ZnGa2O4:Mn2+ Thin Film (2020)
  • 著者名/発表者名: Dazai Takuro、Yasui Shintaro、Taniyama Tomoyasu、Itoh Mitsuru
  • 雑誌名: Inorganic Chemistry 巻: 59 ページ: 8744～8748
  • DOI: 10.1021/acs.inorgchem.0c00359
  • 査読あり
• [雑誌論文] Evaluation of band edge parameters, Li ion dynamics and excellent electrochemical properties of Li4Ti5O12 anode thin films (2020)
  • 著者名/発表者名: Subash Sruthy、Yasui Shintaro、Yasuhara Sou、Patro L.N.、Bharathi K. Kamala
  • 雑誌名: Electrochimica Acta 巻: 354 ページ: 136741～136741
  • DOI: 10.1016/j.electacta.2020.136741
  • 査読あり / 国際共著
• [備考] 安井研究室website
  • URL: https://shintaroyasui.com/