原子レベルで平坦な強誘電体の清浄表面の形成とその基礎電子物性の解明

铁电材料原子级平坦清洁表面的形成及其基本电子特性的阐明

基本信息

批准号：
08J05116
负责人：
松元大輔
金额：
$ 0.77万
依托单位：
Kyushu University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2008
资助国家：
日本
起止时间：
2008 至 2009
项目状态：
已结题

项目摘要

強誘電体は応用でも重要な物質で、微細化が進み省電力電子デバイスなど環境問題への応用も開始している。これらの応用では、表面と界面が重要であるが、従来知られていなかった強誘電体の清浄自由表面に電子層が存在することが発見され、強誘電体の基礎を改めて見直す必要がある。最近、この現象が欠陥等によらない本質的なものであることが確定したものの、極く表面で起こるため、表面状態に極めて敏感であることが分り、表面を原子レベルで平坦化、清浄化しないと定量的な物性研究にならないことが判明した。そこで、本研究は、はじめに(1)原子レベルに平坦な清浄表面を持つ強誘電体単結晶の形成方法を確立し、この技術により原子レベルに平坦化清浄化された試料で、(2)超高真空(UHV)中で強誘電体表面電子・ホール層の電気伝導度の絶対値、伝導型などの基礎電子物性を解明することを目的とする。前年より、この原子レベルに平坦な清浄表面を持つ強誘電体単結晶の形成方法の開発と、この技術を元旨にした表面電子ホール層の物性研究に取り組んだ。前年得られた知見を元に物理的、化学的手法をさらに検討した結果、高純度のTSSGチタン酸バリウム単結晶にて原子ステップが確認できる清浄かつ平坦、さらに、酸素抜けのないチタン酸バリウム表面の制御に成功した。これにより、不純物、欠陥による非本質的伝導電子の影響を可能な限り無くし、微小な凹凸による伝導電子のトラップ要因を低下させ、より定量的な電気伝導度計測を可能にした。これを元に作製された試料の各種電気測定を行ったところ、従来の結果と比較してより定量的で明瞭な実験結果が得られた。これにより強誘電体表面電子ホール層が本質的に存在することを明確に示すことが出来た。また、強誘電体の状態を同時に測定できるように測定系を改良して、キャリアタイプなどの新たな知見が得られた。

铁电材料是重要的应用材料，随着小型化的进展，针对节能电子设备等环境问题的应用也已开始。在这些应用中，表面和界面很重要，但是在铁电体的干净自由表面上发现电子层的存在（这是以前未知的）需要重新审视铁电体的基本原理。最近，已确定这种现象本质上不是由缺陷等引起的，但由于它发生在非常表面，因此发现它对表面状况极其敏感。事实证明，如果我们不这样做。不这样做，我们就无法进行定量的物性研究。因此，在这项研究中，我们首先（1）建立了一种形成具有原子水平上平坦的清洁表面的铁电单晶的方法，以及（2）这项研究的目的是阐明基本的电子特性，例如高真空（UHV）下铁电材料表面电子/空穴层的电导率绝对值和传导类型。去年以来，我们一直致力于开发一种形成原子水平上清洁表面平坦的铁电单晶的方法，并基于该技术研究表面电子空穴层的物理性质。根据前一年获得的知识，通过物理和化学方法进一步检验，我们发现高纯TSSG钛酸钡单晶钛酸钡表面干净、平整，原子台阶可见，没有氧气损失被成功控制。这尽可能地消除了由杂质和缺陷引起的非必要传导电子的影响，降低了由于微小不规则性而导致的传导电子的俘获因子，并且能够实现更定量的电导率测量。当对基于此制备的样品进行各种电学测量时，与常规结果相比，获得了更加定量和清晰的实验结果。这清楚地表明电子空穴层本质上存在于铁电表面上。此外，还改进了测量系统，可以同时测量铁电材料的状态，并获得了载流子类型等新发现。

项目成果

期刊论文数量（0）

专著数量（0）

科研奖励数量（0）

会议论文数量（0）

专利数量（0）

Obserbation of Ferroelectric Domains Having Atomically ordered Surface in Air by Atomic Force Microscopy and Piezoresponse Force Microscopy

用原子力显微镜和压电响应力显微镜观察空气中具有原子有序表面的铁电畴

DOI：
发表时间：
期刊：
影响因子：
0
作者：
Hiroshi.Nakahara; Shigeru Kaku; Takuya Minakuchi; Daisuke Matsumoto; Yukio Watanabe
通讯作者：
Yukio Watanabe

Investigation of Clean Ferroelectric Surface in Ultra High Vacuum (UHV) : Surface Conduction and Scanning Probe Microscopy in UHV, Ferroelectrics

超高真空 (UHV) 中清洁铁电表面的研究：UHV、铁电体中的表面传导和扫描探针显微镜

DOI：
发表时间：
期刊：
影响因子：
0
作者：
Y. Watanabe; S. Kaku; D. Matsumoto; Y. Urakami; S. W. Cheong
通讯作者：
S. W. Cheong

Nanoscopic Intrinsic Properties of Ferroelectric Surface and Domain Revealed by Atomically Clean BaTiO_3 Surface in UHV and Implications for Applications

特高压条件下原子洁净的 BaTiO_3 表面揭示的铁电表面和磁畴的纳米本质特性及其应用意义

DOI：
发表时间：
2009
期刊：
影响因子：
0
作者：
Yukio Watanabe; Shigeru Kaku; Daisuke Matsumoto; Haruhiko Etho; Hiroshi Nakahara; Hayato Tsuda; S.Cheong; Masao Arai
通讯作者：
Masao Arai

原子レベルに表面を制御したチタン酸バリウム単結晶の表面伝導

原子水平表面控制钛酸钡单晶的表面传导