2011 Fiscal Year Annual Research Report
成膜時磁場印加による自発的超格子構造の生成メカニズム解明と構造誘起強誘電性の発現
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22360270
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| Research Institution | Shizuoka University |
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Principal Investigator |
脇谷 尚樹 静岡大学, 工学部, 教授 (40251623)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
鈴木 久男 静岡大学, 創造科学技術大学院, 教授 (70154573)
坂元 尚紀 静岡大学, 工学部, 助教 (80451996)
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| Keywords | PLD / 磁場印加 / SrTiO_3 / 強誘電体 / 超格子 |
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| Research Abstract |
チタン酸ストロンチウム(SrTiO_3)は量子常誘電体であり強誘電性は示さない。これに対して、申請者らは磁場を印加しながらPLD法でSrTiO_3単結晶基板上にホモエピタキシャル成長させたSrTiO_3薄膜は膜厚方向に組成の周期的変化(超格子構造)を生じ、強誘電性を示すことを見いだしている。しかし、(1)自発的に超格子構造が生じるメカニズム、(2)この薄膜における強誘電性の発現機構、(3)同様の現象が他のペロブスカイト薄膜にも生じるかどうかの汎用性、等については明らかにされていない。本研究の目的はこれらの点を明らかにし、「成膜時の磁場によって誘起される特異構造や物性発現に関する新しい材料科学の構築」にある。本研究の成果は、現在開発が急務となっている新しい非鉛圧電体の探索にも道を拓くと期待される。
平成23年度はSrTiO_3において自発的に超格子構造が生成するメカニズムの解明を目指した。具体的には、KrFエキシマレーザー(波長248nm)またはNd:YAGレーザーの4倍波(波長266nm)を用いて成膜条件によって超格子の生成の有無ならびにその周期がどのように変化するのかを検討した。その結果、超格子はどちらのレーザーを用いても生成することが明らかになり、この生成は特定の条件のみで観測されるものでなく、一般性があることを見いだした。また、超格子の生成メカニズムとして、研究実施計画段階では【(1)-aプルーム中の気相の組成の時間変動】または【(1)-b】基板表面の原子の取り込まれ速度の時間変動、の2つの可能性を挙げていたが、サテライトピークを有する薄膜のX線回折図形の詳細な検討から、実際にはこのどちらでもなく、膜厚方向におけるスピノーダル分解が原因と考えられることが強く示唆された。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
1: Research has progressed more than it was originally planned.
Reason
本研究には以下の3つの研究目的、すなわち、成膜中磁場印加による(a)自発的な超格子生成メカニズムの解明、(b)強誘電性発現メカニズムの解明、および(c)SrTiO_3以外の物質への拡張性検討のうち、2年目までに(a)と(b)をほぼ達成しているためである。また、超格子生成メカニズムについては今後学術的な面から大きな発展が期待される。これらのことから、当初の計画以上に進展していると考えている。
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| Strategy for Future Research Activity |
今後は上記の本研究の3つの研究目的のうち、(a)と(b)、すなわち自発的な超格子生成メカニズムの解明と強誘電性発現メカニズムの解明をさらに発展させること、およびまだ未着手である(c)、すなわち、自発的な超格子の生成が他の物質についても生じるかどうかを検討していく予定である。
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