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

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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。