ヘテロ構造化した遷移金属酸化物における新機能探求

异质结构过渡金属氧化物新功能的探索

基本信息

批准号：
17F17719
负责人：
島川祐一
金额：
$ 1.47万
依托单位：
Kyoto University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2017
资助国家：
日本
起止时间：
2017-07-26 至 2019-03-31
项目状态：
已结题

来源：
https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-17F17719/
关键词：
ヘテロ構造遷移金属酸化物

项目摘要

本研究では、遷移金属酸化物中の酸素配位環境に着目し、酸素配位環境を制御することで、酸化物の新機能開発を目指してきた。原子層単位で成長を制御したブラウンミレライト構造SrFeO2.5エピタキシャル薄膜を作製し、これを空気中でアニールすることにより、酸素が取り込まれる過程を原子間力顕微鏡（AFM）の導電性からナノスケールレベルで観察することに初めて成功した。原子レベルでのステップ構造を持つSrFeO2.5では、その端点から酸素が取り込まれ、その後テラス構造の膜面を拡散していくことが明らかとなった。このような酸素イオンの拡散挙動過程をナノスケールレベルで解明したのは初めての例である。We fabricated as-grown oxygen deficient SrFeO2.5 thin films as a model system by pulsed laser deposition. Then, we applied air-annealing treatment in order to progressively induce oxidation to the samples. Our characterizations by x-ray diffraction and conducting-AFM reveal that the as-grown and annealed SrFeO2.5 films show structural and electronic transitions from insulating brownmillerite to metallic perovskite phases. Importantly, we observed a trend in nanoscale oxygen dynamics in SrFeO2.5, that is oxygen ions are preferably incorporated into the higher terraces near step edges during oxidation.

在本研究中，我们重点关注过渡金属氧化物中的氧配位环境，旨在通过控制氧配位环境来开发氧化物的新功能。通过制备具有褐针矿结构的SrFeO2.5外延薄膜，其生长以原子层为单位进行控制，并在空气中退火，我们可以利用原子力显微镜（AFM）利用电导率在纳米尺度上观察吸氧过程。我第一次成功地在水平面上观察到它。据透露，在原子水平上具有台阶结构的SrFeO2.5中，氧从其端点被吸收，然后通过台阶膜表面扩散。这是首次在纳米尺度上阐明氧离子的扩散行为过程。我们通过脉冲激光沉积制造了生长的缺氧 SrFeO2.5 薄膜作为模型系统，然后，我们应用空气退火处理，以通过 X 射线衍射和传导 AFM 逐步诱导样品氧化。研究表明，生长和退火的 SrFeO2.5 薄膜表现出从绝缘褐针石到金属钙钛矿相的结构和电子转变。重要的是，我们观察到了一种趋势。 SrFeO2.5 中的纳米级氧动力学，即氧化过程中氧离子优选并入台阶边缘附近的较高平台中。