新奇強誘電体材料ペロブスカイト型酸窒化物エピタキシャル薄膜の合成および物性評価

新型铁电材料钙钛矿型氮氧化物外延薄膜的合成及性能评价

基本信息

批准号：
12J08258
负责人：
岡大地
金额：
$ 1.73万
依托单位：
The University of Tokyo
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2012
资助国家：
日本
起止时间：
2012-04-01 至 2015-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

本年度は前年度に得た知見を基に物質設計を行い、窒素プラズマ支援パルスレーザー堆積（NPA-PLD）法を用いてペロブスカイト型酸窒化物（ABO2N）薄膜のエピタキシャル合成および得られた薄膜の構造・物性評価を行った。AサイトとBサイトを占めるカチオン種を目的に合わせて選択し、酸窒化物の電気特性理解の深化を目的とした。前年度から継続して行っているSrTaO2Nエピタキシャル薄膜の研究に関しては、圧電応答顕微鏡による強誘電性領域の微細観察、第一原理計算による相安定性の評価、LCRメーターを用いた誘電率測定、高温X線回折による相転移挙動の観察といったこれまでの成果を統合し、学術誌および学会で発表した。SrTaO2N薄膜を対象とした研究を通して提案した構造制御手法を実験的に証明するためにAサイトのSrをイオン半径の小さいCaで部分置換し、圧縮歪みの大きさが異なる一連の薄膜を合成した。得られた薄膜を偏光X線吸収分光により評価すると歪みの量に応じて窒素のサイト占有率が変化しているのが観察された。さらに、透過型電子顕微鏡を用いたより直接的な観察にも成功した。以上の結果は窒素の配列が確かに圧縮歪みを用いて制御できることを示している。また、前年度までの研究において電極材料として有望視していたSrNbO2Nの電気伝導機構を詳細に調査した。窒素導入によるランダムポテンシャルの形成が示され、また、付随する効果として低温領域で正の巨大磁気抵抗効果を発見した。試料品質の問題で物性測定が困難であった酸窒化物材料に関して、以上のような基礎的に重要なデータを得たことは本研究分野における大きな進展であると言える。

今年，我们根据前一年获得的知识进行了材料设计，采用氮等离子体辅助脉冲激光沉积（NPA-PLD）方法外延合成了钙钛矿型氮氧化物（ABO2N）薄膜，以及所获得薄膜的结构。 - 评价薄膜的物理性能。根据目的选择占据A和B位点的阳离子种类，旨在加深对氮氧化物电性能的理解。关于我们从去年开始进行的SrTaO2N外延薄膜的研究，我们使用压电响应显微镜对铁电区域进行了详细观察，使用第一性原理计算评估了相位稳定性，使用LCR计测量了介电常数，以及我们整合了之前的成果，例如使用 X 射线衍射观察相变行为，并将其在学术期刊和会议上展示。为了通过实验证明通过SrTaO2N薄膜研究提出的结构控制方法，我们用离子半径较小的Ca部分取代A位的Sr，合成了一系列具有不同压缩应变大小的薄膜。当通过偏光X射线吸收光谱评价所获得的薄膜时，观察到氮位点占有率根据应变量而变化。此外，我们成功地使用透射电子显微镜进行了更直接的观察。上述结果表明氮的排列确实可以通过压缩应变来控制。此外，我们还详细研究了SrNbO2N的导电机制，该材料在去年的研究中一直被认为是一种有前途的电极材料。证明了由于氮的引入而形成的随机电势，并且在低温区域发现了正巨磁阻效应作为伴随效应。由于样品质量问题，氮氧化物材料的物理性质一直难以测量，获得上述有关氮氧化物材料的基本重要数据可以说是该研究领域的重大进步。

项目成果

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专利数量（0）

High-Mobility Electron Conduction in Oxynitride : Anatase TaON

氮氧化物中的高迁移率电子传导：锐钛矿 TaON

DOI：
10.1021/cm402720d
发表时间：
2013
期刊：
影响因子：
8.6
作者：
A. Suzuki; Y. Hirose; D. Oka; S. Nakao; T. ukumura; S. Ishii; K. Sasa; H. Matsuzaki; & T. Hasegawa
通讯作者：
& T. Hasegawa

Dielectric properties of perovskite oxynitride epitaxial thin films

钙钛矿氮氧化物外延薄膜的介电性能