| 研究課題/領域番号 |
24245035
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| 研究機関 | 東京工業大学 |
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研究代表者 |
大友 明 東京工業大学, 理工学研究科, 教授 (10344722)
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| 研究期間 (年度) |
2012-04-01 – 2015-03-31
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| キーワード | 磁性材料 / 光化学機能 / 超構造薄膜 / 電気・磁気デバイス / 元素戦略 |
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| 研究概要 |
本研究では、原子配列構造によって制御可能な遷移金属間の電荷・スピン・軌道の相互作用と、それらに起因する輸送特性、磁性、光学特性の相関を明らかにすることを目的とする。平成25年度は、低温磁気伝導特性を評価するシステムの導入と立上げを行い、非平衡薄膜成長プロセスによって合成した新奇酸化物薄膜の磁気伝導特性を評価した。また放射光光電子分光法・X線吸収分光法によって決定したスピン・電子構造に基づく光化学活性の包括的検証を行った。さらに、Li-Ti-O系薄膜の電解質ゲートによるトランジスタ動作の実現と電子構造変調に向けた検討を行った。具体的には、(1) 新奇ダブルペロブスカイト酸化物Sr2TiRuO6（バルクではランダム相しか得られない）の薄膜合成に成功し、オーダー度（TiとRuの格子サイトにおける秩序度）が増すと、Ru原子間の磁気秩序が減少しより絶縁体的になることを証明した（論文掲載済）。(2) Fe2O3とCr2O3の混晶が遷移金属電子バンド間遷移に起因するバンドギャップの狭帯化を示し、可視光応答型光触媒として有効であることを明らかにした（投稿準備中）。(3) Li-Ti-O系薄膜の合成条件、好適な電解質の検討を行い、最適なトランジスタ構造の構成を見出した（未発表）。
上記に加えて、本研究課題の「光化学活性（水の光分解反応）」に関連する共同研究を実施し、β-Ga2O3や3C-SiC単結晶の光電極特性を明らかにした。本研究課題の「酸化物薄膜ヘテロ構造作製」に関する一般的な観点からこれまでに行ったZnOに関する研究成果を総説にまとめるとともに学会発表やセミナー講演で紹介した。これらの取り組みは、本研究で新たに得られた成果や研究指針を公開・議論することで、本研究で目指す「再生可能エネルギーの有効利用に向けた材料化学の新展開」に役立った。
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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
申請書に記載した研究計画通りに進んでいる。平成25年度以降の研究計画は以下の通りである。このうち、X線磁気円二色性分光測定（XMCD）を除いて、順調に研究が進んでいる。XMCDについては、平成25年度に検討し測定に関する問題点を明らかにしている。平成26年度に速やかに実行する予定である。
平成２５・２６年度は、引き続き上記の実験を継続するとともに、低温磁気伝導特性を評価するシステムの導入・立上げを行う。得られた薄膜（オーダー相）に対して、電極端子を形成するための微細加工プロセスを確立する。導入したシステムを用いて電気二重層トランジスタ構造（後述）の磁気伝導特性を系統的に調べる。また、組頭広志教授グループ（高エネルギー加速器研究機構物質構造科学研究所）と連携して、放射光光電子分光法により試料の価電子帯構造を評価する。加えて、マクロな磁化特性と原子サイトのスピン配列構造を関連付けて磁性の起源を解明することを目的に、藤森淳教授グループ（東京大学大学院理学系研究科物理学専攻）と連携してX線磁気円二色性スペクトルを測定する。これらの測定により、価電子帯の電子構造と各遷移金属サイトのスピン磁気モーメントを定量的に評価することが可能になる。光学・磁気・電気的特性を包括的に検証し、原子配列構造に起因した3d遷移金属間の電荷・スピン・軌道の相互作用と、それらに基づく輸送特性、磁性、光学特性の相関を明らかにすることで研究全体を総括する。
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| 今後の研究の推進方策 |
今後は、引き続き材料範囲を拡げてこれまでの実験を継続するとともに、連携研究者と共同で放射光光電子分光法やX線磁気円二色性による評価を進める。これまで、Sr2TiRuO6と同様にバルクではランダム相しか得られない、Sr2FeRu5O6、La2MnFeO6、La2CrFeO6、La2TiFeO6の合成に相次いで成功している。今後、オーダー度を高めるとともに磁気伝導特性や低温磁性を評価する予定である。また、鉄系酸化物混晶薄膜の面方位依存性を調べるとともに複酸化物を中心に探索物質範囲を広げて検討を行う。光学・磁気・電気的特性を包括的に検証し、原子配列構造に起因した3d遷移金属間の電荷・スピン・軌道の相互作用と、それらに基づく輸送特性、磁性、光学特性の相関を明らかにすることで研究全体を総括する。
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