組成変調ナノエンジニアリング：酸化物混晶・複合薄膜の新物性・機能開拓

2022 年度 研究成果報告書

• 研究課題/領域番号: 20H02610
• 研究種目: 基盤研究(B)
• 配分区分: 補助金
• 応募区分: 一般
• 審査区分: 小区分29020:薄膜および表面界面物性関連
• 研究機関: 東北大学
• 研究代表者: 松本 祐司 東北大学, 工学研究科, 教授 (60302981)
• 研究期間 (年度): 2020-04-01 – 2023-03-31
• キーワード: 酸化物薄膜 / ナノ傾斜組成変調 / 光触媒 / 電池材料 / 強誘電体・磁性体

研究成果の概要

この研究プログラムにおける3年間の期間を経て、以下のような成果が得られた： (a) Mg：ZnOバンドギャップ傾斜膜では、その光化学特性が膜の組成傾斜方向に依存した。(b) La原子がLiサイトに置換したLa:LiCoO2（LCO）膜の充放電サイクル性能は，均一膜では劣化するが， Laの組成勾配構造を導入することで向上した。(c) 強磁性体(La, Sr)MnO3(LSMO)のMnサイトにIrを置換した薄膜の飽和磁化は，均一組成では、Ir組成の増加とともに振動的な挙動を示し，一方、Irの組成勾配があるIr-LSMO膜のそれは、各組成領域の単純な線形和から予想される磁化よりも大幅に増強された。

自由記述の分野

薄膜・表面界面

研究成果の学術的意義や社会的意義

本研究では，酸化物薄膜材料を対象として，従来，強誘電体膜や金属の磁性膜に限られていた，電子やフォノン、イオンの拡散や伝搬、さらには波動関数の広がりと同程度の様々な“ナノスケールの組成変調”を有する薄膜をデザインすることで，単一組成のものとは異なる光電気化学特性や二次電池特性，さらには磁気特性が発現することを実験的に検証した。本成果は，“ナノスケールの組成変調”が材料設計の新しいコンセプトとして，今後，薄膜，バルク材料を問わず，産学における材料開発研究に積極的に取り入れられる契機となることが期待される。