熱力学的に安定なアニオン配列をもつ新奇酸窒化物強誘電体の開発と光電変換応用

具有热力学稳定阴离子排列的新型氮氧化物铁电材料的开发及光电转换应用

• 批准号: 21H02024
• 负责人: 廣瀬 靖
• 金额: $ 11.32万
• 依托单位: Tokyo Metropolitan University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
• 财政年份: 2021
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2021-04-01 至 2024-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-21H02024/
• 关键词: 酸窒化物; エピタキシャル薄膜; 強誘電体; 光電変換; 複合アニオン; 強誘電性; 間接型強誘電体; 人工超格子

ペロブスカイト型酸窒化物は結晶中のアニオン配列を制御することで可視光応答性と強誘電性を発現することが知られているが、強誘電相のアニオン配列は熱力学的には準安定なため、その合成は容易ではない。本研究では配位多面体の回転に基づく強誘電性(ハイブリッド間接型強誘電性)を利用することで、熱力学的に最安定なアニオン配列をもつ酸窒化物強誘電体を合成することを目的としている。前年度はペロブスカイト層と岩塩層が交互に積層したRuddlesden-Popper (RP)構造をもつタンタル酸窒化物を中心に研究を進めたが、過剰なAサイトカチオンがBサイトを置換した単純ペロブスカイト相が優先的に成長するためRP型化合物の合成は困難なことが示された。そこで本年度は、RP構造と同様のハイブリット間接型の強誘電性が予想されているAサイト秩序型ダブルペロブスカイト酸窒化物LnLn'Ti2O4N2（Ln=希土類イオン）の合成に取り組んだ。前年度にRP型酸窒化物薄膜の合成に向けて構築した装置を用い、LaTiO2NとGdTiO2Nの人工超格子をLayer by Layerで作成したところ、繰返し周期が5~10ユニットセルの試料で、ペロブスカイト酸窒化物としては初めて超格子由来の明確なサテライトピークを観察した。一方、周期が3ユニットセル程度まで短くなるとサテライトピークは消失し、LaTiO2NとGdTiO2Nの界面における相互拡散の進行によりAサイトの秩序が失われることが示唆された。並行して、別のタイプの間接型強誘電体であるYMnO3型酸窒化物ASnO2N（A=Y, In）のエピタキシャル成長にも取り組んだ。窒素プラズマ支援パルスレーザー堆積法では窒化力が不十分で合成中にSnが還元されたため、反応性スパッタ法による合成を試みた。得られた薄膜は化学量論に近い組成を有していたが、YMnO3型ではなく蛍石型であった。

The alignment of the crystalline phase of the acid compound is controlled by the visible photoconductivity and the strong inductivity. The alignment of the strong inductivity phase is controlled by the thermodynamic stability and the synthesis is easy. In this study, the coordination polyhedra were used to synthesize strong inductances (indirect strong inductances). The thermodynamic stability of the coordination polyhedra was studied. In the past year, Ruddlesden-Popper (RP) structure has been studied in the center of acid compounds. It is difficult to synthesize RP compounds because of the substitution of A and B. This year, the structure and structure of RP are similar to those of the indirect type, and the strong electroconductivity is expected to be synthesized by the sequential type LnLn'Ti 2O 4N 2 (Ln= rare earth type). In the past year, the synthesis of RP type acid compound thin films has been carried out in the process of constructing an apparatus for preparing LaTiO2N and GdTiO2N artificial superlattice layer by layer, and the cycle is 5 to 10 minutes. A party, period, three times the degree of loss, LaTiO2N and GdTiO2N interface, mutual dispersion, loss of order. In parallel, different types of indirect ferroelectric compounds, such as YMnO3-type acid compounds ASnO2N (A=Y, In), are selected for their growth. In addition to the above, the paper also discusses the application of the new method in the field of chemical synthesis. The chemical composition of the thin film is different from that of YMnO3.

项目成果

Negative magnetoresistance in different nitrogen content EuNbO3-xNx single-crystalline thin films

不同氮含量EuNbO3-xNx单晶薄膜的负磁阻

• DOI: 10.1039/d2tc03328c
• 发表时间: 2022
• 期刊: Journal of Materials Chemistry C
• 影响因子: 6.4
• 作者: Maruyama Takahiro;Hirose Yasushi;Katayama Tsukasa;Sugisawa Yuki;Sekiba Daiichiro;Hasegawa Tetsuya;Chikamatsu Akira
• 通讯作者: Chikamatsu Akira

CaTaO2N単結晶薄膜光電極のキャリア輸送効率に影響を与える因子の探索とゼロバイアス水分解反応の実現

寻找影响CaTaO2N单晶薄膜光电极载流子传输效率的因素，实现零偏压水分解反应

• 发表时间: 2022
• 作者: 若杉 択人，廣瀬 靖，岡田 和也;長谷川 哲也
• 通讯作者: 長谷川 哲也

電子材料応用を目指した遷移金属酸窒化物の薄膜合成

用于电子材料应用的过渡金属氮氧化物的薄膜合成

• 发表时间: 2021
• 作者: 城内嶺;齋藤俊晴;夏田慎一郎;玉井 康成;大北英生;廣瀬靖
• 通讯作者: 廣瀬靖

Exploration of novel electronic functionalities in mixed anion compound thin films

混合阴离子化合物薄膜中新型电子功能的探索

• 发表时间: 2022
• 作者: Tetsuya Hasegawa;Akira Chikamatasu;Tsukasa Katayama and Yasushi Hirose
• 通讯作者: Tsukasa Katayama and Yasushi Hirose

X-ray Fluorescence Holography Measurement of Oxynitride Thin Film of CaTaO<sub>2</sub>N

CaTaO 氮氧化物薄膜的 X 射线荧光全息测量

• DOI: 10.1380/ejssnt.2021.99
• 发表时间: 2021
• 期刊: e-Journal of Surface Science and Nanotechnology
• 影响因子: 0.7
• 作者: Yamamoto Yuta;Kimura Koji;Ang Artoni Kevin R.;Hirose Yasushi;Hayashi Kouichi
• 通讯作者: Hayashi Kouichi