電気分極由来の傾斜したバンド構造により発現する強誘電体の半導体物性

铁电体的半导体特性通过电极化产生的倾斜能带结构表现出来

基本信息

批准号：
20KK0330
负责人：
狩野旬
金额：
$ 8.99万
依托单位：
Okayama University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Fund for the Promotion of Joint International Research (Fostering Joint International Research (A))
财政年份：
2021
资助国家：
日本
起止时间：
2021 至 2023
项目状态：
已结题

项目摘要

これまでの強誘電性半導体を用いた電子デバイス開発は，傾斜したバンド構造が未知なままだったため，半ばコンビナトリアルな手法に頼らざるを得なかった。申請者らは，強誘電体BaTiO3薄膜に対し放射光光源を用いた角度分解光電子分光実験を行い，傾斜したバンド構造を観測することに成功した。しかし，強誘電性の起源となる電気分極の成り立ちについて，フォノンと電子構造の双方からの議論が充分なされておらず，強誘電性と半導体物性が両立するフェロイック物質を用いたデバイスの完全設計には至っていない。そこで本研究では，① 傾斜したバンド構造からの電気分極形成機構を解明し，②新しいフェロイックデバイス設計の指針となる，強誘電性半導体物性の解明に取り組む。今年度は，BaTiO3に一部磁性金属イオンを極低濃度置換処理を施したサンプルにおいて磁性と誘電性が互いに相関性をもつ物性を明らかにすることができた。論文投稿中なので詳細は控えるが，先行研究にない低濃度の磁性イオン置換効果を磁化応答から明らかにし，それにともない誘電性，とくに電気分極の電場印加応答に新しい挙動をもたらすことを見いだした。これらは放射光を用いた回折実験から得られた微細構造結果からも裏付けるものとなった。一方，傾斜したバンド構造については，放射光を用いた角度分解光電子分光実験(AR-HAXPES)を行っているが，薄膜試料のモノドメイン化が不十分なことが判明し，その結果再現性のあるデータ取得が困難であることがわかった。現在，新しい薄膜試料合成に取り組んでおり，それができ次第，AR-HAXPES実験に再度挑みたい。

使用铁电半导体的电子设备中的先前发展已被迫依靠半组合技术，因为倾斜带结构仍然未知。申请人使用了铁电batio3薄膜上的同步子光源进行了角度分辨光电光谱实验，并成功地观察了倾斜的带结构。但是，尚无对声子和电子结构的铁电化的起源的充分讨论，以及使用将铁电特性与铁电特性和半导体特性结合的铁族材料完整设计。因此，在这项研究中，我们将研究1）阐明从倾斜带结构形成电偏振的机制，以及2）阐明铁电半导体的物理特性，这是新的铁罗克设备设计的指南。今年，我们能够阐明磁性和介电性能的物理特性在对BATIO3进行超低浓度替代处理的样品中相互关联。尽管我将避免在目前提交论文时避免细节，但我揭示了先前研究中从磁化响应中没有发现的磁离子在低浓度下取代的作用，我发现它导致了介电上的新行为，尤其是电场应用的电场应用响应。这些结果也由使用同步加速器辐射从衍射实验获得的微观结构结果支持。另一方面，在倾斜的带结构上进行了角度分辨的光电子光谱实验（AR-HAXPES）（AR-HAXPES），但发现薄膜样品的单构化不足，因此发现很难获得可重复的数据。我们目前正在研究新的薄膜样品的合成，一旦我们能够做到这一点，我们将再次尝试AR-Haxpes实验。

项目成果

期刊论文数量（12）

专著数量（0）

科研奖励数量（0）

会议论文数量（0）

专利数量（0）

光電子収量分光法による誘電体の価電子帯近傍の状態密度観察

使用光电子产率光谱观察介电材料价带附近的态密度

DOI：
发表时间：
2022
期刊：
影响因子：
0
作者：
狩野旬;池田直;張梓豪;大久保智子
通讯作者：
大久保智子

Coexistence of Schottky barrier and skewed electronic band structure in ferroelectric BaTiO3 thin film

铁电 BaTiO3 薄膜中肖特基势垒与偏态电子能带结构的共存

DOI：
发表时间：
2022
期刊：
影响因子：
0
作者：
S. Huang;S. Yasui;A. Yasui;E. Ikenaga;N. Oshime;T. Kikuta;Y. Terasawa;S. Yasuhara;S. Hinokuma;Z. Zhang;T. Okubo;J. Kano
通讯作者：
J. Kano

High valence states of Pd supported on ferroelectric BaTiO<sub>3</sub> driven by electric polarization

电极化驱动下铁电 BaTiO<sub>3</sub> 负载 Pd 的高价态

DOI：
10.1063/5.0066289
发表时间：
2021
期刊：
Applied Physics Letters
影响因子：
4
作者：
Yoshida Tasuku;Kano Jun;Mizumaki Masaichiro;Tamenori Yusuke;Nitta Kiyofumi;Kato Kazuo;Hinokuma Satoshi;Oshime Norihiro;Hirose Satoshi;Mikami Hitoshi;Ikeda Naoshi;Fujii Tatsuo;Nishina Yuta;Okubo Tomoko
通讯作者：
Okubo Tomoko

Surface Electron-Ion Mixed Conduction of BaTiO3-δ Thin Film with Oxygen Vacancies

氧空位BaTiO3-δ薄膜的表面电子-离子混合传导

DOI：
10.7566/jpsj.90.014707
发表时间：
2021
期刊：
Journal of the Physical Society of Japan
影响因子：
1.7
作者：
Takada Tomoasa;Fujita Takeshi;Imagawa Takehiro;Yamamoto Emi;Kano Jun;Shiga Daisuke;Horiba Koji;Kumigashira Hiroshi;Higuchi Tohru
通讯作者：
Higuchi Tohru

強誘電体チタン酸バリウムの電気分極に誘起されたバンド傾斜構造の観測

铁电钛酸钡电极化引起的能带倾斜结构的观察

DOI：
发表时间：
2021
期刊：
放射光
影响因子：
0
作者：
押目典宏 ; 狩野旬
通讯作者：
狩野旬

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通讯作者：
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通讯作者：
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通讯作者：
Takafumi Uemura and Tsuyoshi Sekitani