精緻な階層的ナノ構造を持つ酸化物半導体超構造の合成と物性

具有精细分级纳米结构的氧化物半导体超结构的合成和物理性质

• 批准号: 16651069
• 负责人: 大瀧 倫卓
• 金额: $ 2.24万
• 依托单位: Kyushu University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Exploratory Research
• 财政年份: 2004
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2004 至 2005
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-16651069/
• 关键词: 自己組織化; 分子集合体鋳型; ナノ物質; 人工超格子; 酸化物半導体; ナノ空間規則性; メタ磁性; 励起子; 無機ナノ構造; ナノ空間; 自己集積; 酸化鉄

本研究は、精微な空間規則性を持つ低次元酸化物半導体の超集積ネットワークを自己組織的に構築することを目的としている。平成17年度は本研究の最終年度であり、以下の研究成果を得た。1)界面活性剤の二分子膜層状ミセルを鋳型とした酸化チタンや酸化鉄などの量子構造ナノ超格子を自己集積的に液相合成する際、液相反応における濃度や温度を適切に制御することが極めて重要であり、特に界面活性剤溶液と金属塩溶液の混合温度と引き続く熟成温度を70℃程度に精度良く保持することにより、酸化物半導体層の厚みが1.8nm、繰り返し周期が3.3nmで、極めて平坦性の高い精緻なナノ超格子構造が再現性よく得られることを明らかにした。2)上記で得られた酸化鉄ナノ超格子は、低温でスピン相転移によると思われる特異な磁気特性を示す。透過型電子顕微鏡観察からは六方晶構造を持つα-Fe_2O_3の[001]反射とよく一致する六方対称の電子線回折パターンが得られ、さらに二次元ナノ超格子の層状構造に由来すると考えられる周期10Å程度の2回対称回折スポットが得られた。3)酸化鉄ナノ超格子は静磁場下で磁場と垂直方向に選択配向することを見出した。また、この試料は室温付近では反強磁性的にふるまうことが分かった。これらの結果から、量子構造ナノ超格子中の酸化鉄層内には反強磁性的にスピン配向した磁気モーメントが内在し、これが外部磁場と相互作用することにより試料が選択配向したものと考えられる。4)さらに上記の手法を酸化コバルトに拡張し、繰り返し周期2.9nmの層状構造を持つ酸化コバルトナノ超格子の自己集積合成に成功した。水熱処理により周期構造による回折線強度は著しく増大した。光学吸収スペクトルから試料中のCoはCo^<2+>と推測され、水熱処理後の磁化率はスピングラス的な温度依存性を示した。

这项研究旨在自组织具有良好空间规律性的低维氧化物半导体网络。 2005财年是这项研究的最后一年，并获得了以下研究结果。 1）当使用双层表面活性剂胶束作为模板，自集合合成量子结构的纳米植物（例如氧化钛和氧化铁）时，正确控制液相相反应中的浓度和温度非常重要。特别是，通过准确维持表面活性剂溶液和金属盐溶液的混合温度以及随后在70°C左右的衰老温度，氧化物半导体层的厚度为1.8 nm，重复期为3.3 nm，并且具有极高的耐高水平，具有出色的nano-superlattice结构，具有出色的耐高率。 2）上面获得的氧化铁纳米植物纹状体表现出独特的磁性特性，这些特性似乎是由于低温下的自旋相变引起的。透射电子显微镜观察产生的六角对称电子衍射模式与具有六边形结构的α-FE_2O_3的[001]反射很好，并且二对称衍射位与大约10Å的周期相吻合，这被认为是从二线nana的分层结构中得出的。 3）发现，氧化铁纳米植物在静态磁场下垂直于磁场的方向选择性地定向。还发现该样品在室温左右表现出抗磁磁性。从这些结果中可以相信，量子结构的纳米糖层中的氧化铁层中存在抗磁性旋转的磁矩，这与外部磁场相互作用，从而导致样品的选择性取向。 4）此外，将上述方法扩展到氧化钴，并成功地进行了2.9 nm的层状结构的自组装合成，并成功地进行了层状结构。由于水热处理，由于周期性结构引起的衍射线强度显着增加。光吸收光谱表明样品中的CO为CO^<2+>，热液处理后的磁敏感性显示出旋转玻璃的温度依赖性。