パルス光照射を用いた分極傾斜ナノ構造膜の作製手法創出

创建使用脉冲光照射生产偏振梯度纳米结构薄膜的方法

基本信息

批准号：
21K04146
负责人：
北中佑樹
金额：
$ 2.66万
依托单位：
National Institute of Advanced Industrial Science and Technology
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
财政年份：
2021
资助国家：
日本
起止时间：
2021-04-01 至 2024-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

誘電体材料の高機能化手法として、異なる分極状態を持つ材料をナノ領域で人工的に複合化し、界面領域に分極傾斜構造を構築する方法が期待されている。本研究では、ナノ構造を含有した有機金属溶液を光照射によって結晶化し、膜中に分極傾斜構造を含有する薄膜形成プロセスを開発することを目的とする。BaTiO3ナノ粒子とアルカリNb系有機金属溶液を用いた分極傾斜構造膜の作製を実施した。昨年度までにナノ粒子を核膜の結晶化を達成し、分極傾斜構造を持つ薄膜の作製に成功したが、膜中の欠陥構造が原因で漏れ電流が大きく、正確な電気物性評価が困難だった。本年度は、光照射条件の最適化と元素ドーピングによって絶縁性を向上させ、漏れ電流の影響なく薄膜の強誘電性の評価を実現した。この成果をもとに、傾斜組成の異なる種々の構造薄膜を作製・物性評価し、異種材料ナノ粒子の含有が膜物性に及ぼす影響を明らかとした。一方で、ナノ粒子近傍の結晶構造が膜全体の電気物性に影響を及ぼす機構については未解明であることが今後の課題である。上記の未解明な機構を明らかにし、さらに電子状態計算を用いた分極傾斜構造の物性予測を実現に向けて、アルカリNb系材料の構造計算も引き続き実施した。多様な結晶構造をとりうるNb系ペロブスカイトの構造計算を効率化する目的で、機械学習を取り入れた材料物性計算を実施し、外部電場で引き起こされる結晶相変化の様子を調べた。電子状態計算によって得られた成果を中心に、対外的な発表も行っている。

作为改善介电材料功能性的一种方法，人们期望在纳米范围内人工复合不同偏振态的材料，在界面区域产生偏振梯度结构。本研究的目的是开发一种通过光照射使含有纳米结构的有机金属溶液结晶来形成含有偏振梯度结构的薄膜的方法。我们使用 BaTiO3 纳米颗粒和碱性铌基有机金属溶液制备了偏振梯度结构薄膜。截至去年，我们已经成功地结晶了纳米粒子的核膜并制备了具有极化梯度结构的薄膜，但由于薄膜中的缺陷结构，漏电流很大，使得准确评估电性能变得困难。今年，我们通过优化光照射条件和掺杂元素来提高绝缘性能，并且能够在不受漏电流影响的情况下评估薄膜的铁电性。基于这一结果，我们制备并评估了具有不同梯度成分的各种结构薄膜的物理性能，并阐明了不同材料的纳米粒子的包含对薄膜性能的影响。另一方面，纳米颗粒附近的晶体结构影响整个薄膜电性能的机制仍不清楚，这仍然是一个未来的问题。为了阐明上述未解释的机制，并进一步利用电子结构计算预测极化梯度结构的物理性质，我们继续进行碱金属铌基材料的结构计算。为了提高铌基钙钛矿的结构计算效率，铌基钙钛矿具有多种晶体结构，我们利用机器学习进行材料性能计算，并研究了外部电场引起的晶体相变。他还主要针对电子结构计算得到的结果进行对外演讲。