強誘電体ヘテロ構造における界面微細構造と歪み状態の観察・制御

铁电异质结构界面微结构和应变状态的观测与控制

• 批准号: 14F04206
• 负责人: 木村 秀夫
• 金额: $ 1.47万
• 依托单位: National Institute for Materials Science
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2014
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2014-04-25 至 2017-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-14F04206/
• 关键词: マルチフェロイック; マグネトエレクトリック; 走査プローブ顕微鏡; 圧電応答顕微鏡; 磁気力顕微鏡; パルスレーザー堆積法; ドメインスイッチ; 応力・歪み; 薄膜; 非鉛; 強誘電体; 強磁性体; 格子整合

マルチフェロイック材料研究においては走査プローブ顕微鏡SPMが大きなツールである。本研究では、圧電応答顕微鏡PFM、磁気力顕微鏡MFMの利用により、パルスレーザー堆積法（PLD法）により薄膜を成膜し、界面構造、圧電・強誘電・磁気特性を調べ、界面の微細構造・応力・歪みが特性に与える影響を明らかにすることを目的とし、特に歪みの効果について重点的に調べる。強誘電体薄膜において圧力による強誘電ドメインスイッチの報告があることから、マルチフェロイック薄膜の場合においても強誘電ドメインスイッチが起こるかどうかを検証した。強誘電性と強磁性発現には膜厚が大きく関与するため、膜厚を変化させて強誘電ドメインスイッチ、強磁性ドメインスイッチの発現について調べた。対象は、これまでの当研究グループで実績のあるBiFe03、Aurivillius系列Bi5FeTi3012およびBi6Fe2Ti3018、Bi7Fe3Ti3021である。薄膜成膜はPLD法、基板結晶としては汎用的なPt/TiO/SiO2/(100)Si基板、エピ成長可能な(100)SrTiO3基板とした。膜厚は50-400nmであった。評価として、out-of-plane、in-planeモードでのマクロな強誘電特性、強磁性特性を調べた。さらにナノ特性として、SPMを用いた評価を実施した。評価項目はPFM、MFMによるドメインスイッチで、参考のため電気力顕微鏡EFM、非線形誘電率SNDM評価も実施し、結果の妥当性を検証した。SPMにおいてはカンチレバーバネ定数を変えることで測定荷重変化が可能で、それぞれの荷重におけるPFM、MFM、ドメインスイッチ現象について評価した。国際会議（PFM2016・北京、ICCGE-18・名古屋、ISAF-ECAPD-PFM2016・ダルムシュタット）で研究成果を発表した。

扫描探针显微镜SPM是多性材料研究的主要工具。这项研究的目的是使用PFM，Pulsed激光沉积（PLD）使用PFM，压电响应显微镜和MFM形成薄膜，以研究界面结构，压电，铁电和磁性特性，并阐明界面微观结构，压力，以及对特性的效果的影响，并澄清效果，以及对特定效应的效果。由于已经有报道称铁电薄膜的压力导致铁电域开关，因此我们已经验证了铁电域开关是否也发生在多效薄膜的情况下。由于膜厚度在铁电性和铁磁表达中起主要作用，因此膜厚度变化以研究铁电域开关和铁电磁域开关的表达。这些受试者是Bife03，Aurivillius系列BI5FETI3012和BI6FE2TI3018和BI7FE3TI3021，它们已在我们的研究小组中得到了证明。薄膜是通过PLD方法形成的，底物晶体是通用PT/TIO/SIO2/（100）SI底物和Epi-Grown（100）SRTIO3底物。膜厚度为50-400 nm。作为评估，我们研究了平面外和平面模式中的宏铁电和铁磁特性。此外，使用SPM作为纳米特征进行评估。评估项目是使用PFM和MFM的域开关，为参考，我们还对电源显微镜EFM和非线性介电常数SNDM进行了评估，并验证了结果的有效性。在SPM中，可以通过更改悬臂弹簧常数进行测量负载变化，并评估每个负载下的PFM，MFM和域开关现象。研究结果在国际会议上（PFM2016，北京，ICCGE-18，名古屋，ISAF-ECAPD-PFM2016，DARMSTADT）提出。

项目成果

Domain switching in multiferroic Bi0.9La0.1FeO3 thin film

多铁性 Bi0.9La0.1FeO3 薄膜中的畴切换

• 发表时间: 2016
• 作者: Tingting Jia;Hideo Kimura;Zhenxiang Cheng;Hongyang Zhao
• 通讯作者: Hongyang Zhao

Observation of local ferroelectric and magnetic properties of multiferroic BiFeO3 thin film

多铁性BiFeO3薄膜的局域铁电和磁性能观察

• 发表时间: 2016
• 作者: Tingting Jia;Hideo Kimura;Zhenxiang Cheng;Hongyang Zhao
• 通讯作者: Hongyang Zhao

Fabrication and multiferroic properties of Aurivillius Bismuth Layer Structured Thin Films

Aurivilius 铋层状结构薄膜的制备和多铁性

• 发表时间: 2014
• 作者: Tingting Jia;Hideo Kimura;Zhenxiang Cheng;Hongyang Zhao
• 通讯作者: Hongyang Zhao

University of Wollongong(オーストラリア)

卧龙岗大学（澳大利亚）

Ferroelectric and magnetic Properties of Aurivillius Bismuth Layer Structured Thin Films

Aurivilius 铋层状结构薄膜的铁电和磁性能

• 发表时间: 2015
• 作者: Tingting Jia;Hideo Kimura;Zhenxiang Cheng;Hongyang Zhao
• 通讯作者: Hongyang Zhao