| 研究課題/領域番号 |
21H02024
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| 研究機関 | 東京都立大学 |
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研究代表者 |
廣瀬 靖 東京都立大学, 理学研究科, 教授 (50399557)
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| 研究分担者 |
関場 大一郎 筑波大学, 数理物質系, 講師 (20396807)
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| 研究期間 (年度) |
2021-04-01 – 2024-03-31
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| キーワード | 酸窒化物 / 強誘電体 / 光電変換 |
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| 研究実績の概要 |
ペロブスカイト型酸窒化物は結晶中のアニオン配列を制御することで可視光応答性と強誘電性を発現することが知られているが、強誘電相のアニオン配列は熱力学的には準安定なため、その合成は容易ではない。本研究では配位多面体の回転に基づく強誘電性(ハイブリッド間接型強誘電性)を利用することで、熱力学的に最安定なアニオン配列をもつ酸窒化物強誘電体を合成することを目的としている。
本年度は、ペロブスカイト層と岩塩層が[001]方向に交互に積層したRuddlesden-Popper (RP)構造をもつ酸窒化物のエピタキシャル成長に注力した。ハイブリッド間接型強誘電体であるCa3Ti2O7と同じ結晶構造を持つCa3Ta2O5N2およびCa3Nb2O5N2をターゲットとし、窒素プラズマ支援パルスレーザー堆積法を用いてペロブスカイト酸化物単結晶基板上に合成した薄膜の組成と結晶構造をSEM-EDXおよびX線回折により評価した。はじめに、Ca3M2Ox(M=Nb, Ta)焼結体をレーザーアブレーションして薄膜を堆積したところ、RP構造のCa3M2O5N2ではなく単純ペロブスカイト構造のCa（Ca1/4M4/5）O5N2が優先的に成長した。そこで、CaOとCaTaOxの2つの焼結体を交互にレーザーアブレーションしてCaO層とCaTaO2N層を[001]方向に一層ずつ交互に堆積した人工超格子を設計したが、得られた薄膜は単一焼結体を用いた場合と同様に単純ペロブスカイト構造であった。これらの結果は、単純ペロブスカイト構造でのBサイト金属置換やCaOブロックのランダムな挿入などの欠陥の生成がRP型の層状構造の形成とエネルギー的に競合しており、RP型タンタル酸窒化物の合成が困難なことを示している。
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| 現在までの達成度 (区分) |
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
ほぼ計画通りに実験を進めている。目標とするRP型酸窒化物の合成には至っていないが、当初想定した範囲内であり、計画に従って次の候補物質の合成に取り組む。
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| 今後の研究の推進方策 |
RP型層状ペロブスカイト構造の合成については一旦保留し、同様のハイブリッド間接型強誘電性が予想されているABX3/A’BX3型ペロブスカイト超格子を中心に研究を進める。具体的には、窒素プラズマ支援パルスレーザー堆積法によるエピタキシャル成長の実績があるペロブスカイト酸窒化物LaTiO2N (t=0.855, Eg~2.1 eV) とNdTiO2N (t=0.836, Eg~2.0 eV)に注目し、[001]方向に一層ずつ交互にLayer by Layer成長して人工超格子構造を合成する。
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