| 研究実績の概要 |
3d遷移金属酸化物は、室温より遥かに高い転移温度を有する強磁性体(Fe,Zn)3O4(FZO)や、巨大な自発分極を持つ強誘電体BiFeO3(BFO)など、非常に魅力的な物性を有する物質群である。これらの酸化物では、各物性の界面を通じた相乗効果による新機能の創出が強く期待され、その新機能の舞台となる酸化物3次元ナノへテロ構造を構築できる手法の実現が望まれている。しかし、酸化物はトップダウン手法による微細加工が非常に困難であり、未だ薄膜デバイス形成に留まっている。この課題に対し、本研究では、酸化物3次元ナノへテロ構造を簡便・大面積に構築可能な自己組織化(ナノ相分離)薄膜成長を人工的に高度に制御できる独自のナノ構造作製手法を開発し、従来の描画技術だけでは作製が困難であった、Fe系酸化物ナノヘテロ構造体の作製に成功した。
ナノシードを成長起点としてナノ相分離成長させることにより(3次元ナノシード法)、位置・サイズを人工的に規定したFZO-BFOエピタキシャルナノヘテロ構造体を作製し、圧電応答顕微鏡を用いたナノスケール物性評価によってBFOナノ結晶が強誘電性を有することを明らかにした。3次元ナノシード法を用いてナノ相分離成長を人工制御することにより、強誘電性BFOゲート(厚さ~50nm)で囲まれた強磁性FZOナノドット(幅~100nm)を伝導チャネルとするスピン電界効果トランジスタ構造の集積体を作製することに成功した。また、3次元ナノシード法と組成変調によるサイズ制御とを融合し、形状磁気異方性を系統的に変化させた強磁性Feナノドット-反強磁性LaSrFeO4ナノへテロ構造の構築にも成功した。本研究で開発した独自のナノ相分離薄膜成長の人工制御は、スピントロニクス応用が期待されるナノヘテロ構造を作製することが可能であり、高度情報化社会の構築に大きな意義を有するものである。
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