電気分極由来の傾斜したバンド構造により発現する強誘電体の半導体物性

铁电体的半导体特性通过电极化产生的倾斜能带结构表现出来

• 批准号: 20KK0330
• 负责人: 狩野 旬
• 金额: $ 8.99万
• 依托单位: Okayama University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Fund for the Promotion of Joint International Research (Fostering Joint International Research (A))
• 财政年份: 2021
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2021 至 2023
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-20KK0330/
• 关键词: 強誘電体; バンド構造; 電気分極; 角度分解硬X線光電子分光; 半導体物性; マルチフェロック

これまでの強誘電性半導体を用いた電子デバイス開発は，傾斜したバンド構造が未知なままだったため，半ばコンビナトリアルな手法に頼らざるを得なかった。申請者らは，強誘電体BaTiO3薄膜に対し放射光光源を用いた角度分解光電子分光実験を行い，傾斜したバンド構造を観測することに成功した。しかし，強誘電性の起源となる電気分極の成り立ちについて，フォノンと電子構造の双方からの議論が充分なされておらず，強誘電性と半導体物性が両立するフェロイック物質を用いたデバイスの完全設計には至っていない。そこで本研究では，① 傾斜したバンド構造からの電気分極形成機構を解明し，②新しいフェロイックデバイス設計の指針となる，強誘電性半導体物性の解明に取り組む。今年度は，BaTiO3に一部磁性金属イオンを極低濃度置換処理を施したサンプルにおいて磁性と誘電性が互いに相関性をもつ物性を明らかにすることができた。論文投稿中なので詳細は控えるが，先行研究にない低濃度の磁性イオン置換効果を磁化応答から明らかにし，それにともない誘電性，とくに電気分極の電場印加応答に新しい挙動をもたらすことを見いだした。これらは放射光を用いた回折実験から得られた微細構造結果からも裏付けるものとなった。一方，傾斜したバンド構造については，放射光を用いた角度分解光電子分光実験(AR-HAXPES)を行っているが，薄膜試料のモノドメイン化が不十分なことが判明し，その結果再現性のあるデータ取得が困難であることがわかった。現在，新しい薄膜試料合成に取り組んでおり，それができ次第，AR-HAXPES実験に再度挑みたい。

This is a highly inductive semiconductor that uses electronic devices to develop, tilt, and structure unknown, and semiconductor devices to develop. The applicant has successfully tested the dielectric BaTiO3 thin film with an angular resolution photoelectron spectroscopy system. The origin of strong inductivity and the formation of electric polarization, the discussion of both electronic structure and electronic structure are fully discussed, and the strong inductivity and semiconductor properties are fully designed. In this study, the following aspects are discussed: (1) the structure of inclined semiconductor and the mechanism of forming electric polarization;(2) the design of new structure; and (3) the combination of the physical properties of highly inductive semiconductors. This year, BaTiO3 is a magnetic metal with extremely low concentration of substitution treatment. In this paper, we will study the magnetic field of low concentration in advance, and the magnetic field of low concentration in advance. The result of this process is that the light emitted from the mirror is reflected in the mirror. On the other hand, the tilt structure is not suitable for the emission of light with the angle resolution photoelectron spectroscopy (AR-HAXPES). The film sample is not very stable. The reproducibility of the results is difficult to obtain. Now, the new film sample synthesis is selected from the group, and the AR-HAXPES is selected again.

项目成果

光電子収量分光法による誘電体の価電子帯近傍の状態密度観察

使用光电子产率光谱观察介电材料价带附近的态密度

• 发表时间: 2022
• 作者: 狩野旬;池田直;張梓豪;大久保智子
• 通讯作者: 大久保智子

High valence states of Pd supported on ferroelectric BaTiO₃ driven by electric polarization

电极化驱动下铁电 BaTiO₃ 负载 Pd 的高价态

• DOI: 10.1063/5.0066289
• 发表时间: 2021
• 期刊: Applied Physics Letters
• 影响因子: 4
• 作者: Yoshida Tasuku;Kano Jun;Mizumaki Masaichiro;Tamenori Yusuke;Nitta Kiyofumi;Kato Kazuo;Hinokuma Satoshi;Oshime Norihiro;Hirose Satoshi;Mikami Hitoshi;Ikeda Naoshi;Fujii Tatsuo;Nishina Yuta;Okubo Tomoko
• 通讯作者: Okubo Tomoko

Coexistence of Schottky barrier and skewed electronic band structure in ferroelectric BaTiO3 thin film

铁电 BaTiO3 薄膜中肖特基势垒与偏态电子能带结构的共存

• 发表时间: 2022
• 作者: S. Huang;S. Yasui;A. Yasui;E. Ikenaga;N. Oshime;T. Kikuta;Y. Terasawa;S. Yasuhara;S. Hinokuma;Z. Zhang;T. Okubo;J. Kano
• 通讯作者: J. Kano

Surface Electron-Ion Mixed Conduction of BaTiO3-δ Thin Film with Oxygen Vacancies

氧空位BaTiO3-δ薄膜的表面电子-离子混合传导

• DOI: 10.7566/jpsj.90.014707
• 发表时间: 2021
• 期刊: Journal of the Physical Society of Japan
• 影响因子: 1.7
• 作者: Takada Tomoasa;Fujita Takeshi;Imagawa Takehiro;Yamamoto Emi;Kano Jun;Shiga Daisuke;Horiba Koji;Kumigashira Hiroshi;Higuchi Tohru
• 通讯作者: Higuchi Tohru

強誘電体チタン酸バリウムの電気分極に誘起された バンド傾斜構造の観測

铁电钛酸钡电极化引起的能带倾斜结构的观察

• 发表时间: 2021
• 期刊: 放射光
• 作者: 押目典宏 ; 狩野旬
• 通讯作者: 狩野旬