固体電解質を用いた全固体トランジスタによる電荷秩序相の制御

本研究の目的は、電荷秩序相を有する鉄系酸化物とリチウムイオン伝導性固体電解質薄膜と組み合わせて全固体酸化・還元トランジスタを作製し、電子キャリア注入を行うことで電荷秩序に及ぼす影響を検討することである。前年度、高酸化数の鉄イオンを含むペロブスカイト型酸化物薄膜の作製が困難であることが判明したため、より作製が容易な低酸化数の鉄イオンで構成されるマグネタイトを薄膜化し、全固体酸化・還元トランジスタを作製した。マグネタイトは室温で有限の自発磁化をもつフェリ磁性体であり、電子キャリアを制御しながら磁気特性を検証したところ、マグネタイトの磁気異方性が大きく変化することが明らかになった。マグネタイトの電子キャリア密度を2倍以上と大きく増加させると、異方性磁界は約40%も減少し、磁化方向は56度も回転することが明らかになった。この結果は電気による磁気の制御方法に応用できる可能性を示しただけではなく、異方性磁界の変化に基づく、磁気モーメントのダイナミクスを利用した新しいデバイスへの応用が期待できるものである。さらに、高濃度のリチウム挿入によるマグネタイトの逆スピネル構造の変化を透過型電子顕微鏡による観察とその解析から明らかにし、可逆的動作検証のためのサイクル特性や、同様のデバイスを複数作製したとくの再現性の確認等を行うことで、デバイスとしての安定した動作検証を行った。本研究により、イオン伝導体と酸化物を組み合わせた全固体酸化・還元デバイスを作製することで、低消費電力で大きな磁化の回転を制御することができる高効率なデバイス作製の足掛かりとなるだけでなく、今後は磁化のダイナミクスを利用した経時変化に基づいた新奇デバイスへの応用が期待される。

本研究の目的は、電荷秩序相を有する鉄系酸化物とリチウムイオン伝導性固体電解質薄膜と組み合わせて全固体酸化・還元トランジスタを作製し、電子キャリア注入を行うことで電荷秩序に及ぼす影響を検討することである。前年度、高酸化数の鉄イオンを含むペロブスカイト型酸化物薄膜の作製が困難であることが判明したため、より作製が容易な低酸化数の鉄イオンで構成されるマグネタイトを薄膜化し、全固体酸化・還元トランジスタを作製した。マグネタイトは室温で有限の自発磁化をもつフェリ磁性体であり、電子キャリアを制御しながら磁気特性を検証したところ、マグネタイトの磁気異方性が大きく変化することが明らかになった。マグネタイトの電子キャリア密度を2倍以上と大きく増加させると、異方性磁界は約40%も減少し、磁化方向は56度も回転することが明らかになった。この結果は電気による磁気の制御方法に応用できる可能性を示しただけではなく、異方性磁界の変化に基づく、磁気モーメントのダイナミクスを利用した新しいデバイスへの応用が期待できるものである。さらに、高濃度のリチウム挿入によるマグネタイトの逆スピネル構造の変化を透過型電子顕微鏡による観察とその解析から明らかにし、可逆的動作検証のためのサイクル特性や、同様のデバイスを複数作製したとくの再現性の確認等を行うことで、デバイスとしての安定した動作検証を行った。本研究により、イオン伝導体と酸化物を組み合わせた全固体酸化・還元デバイスを作製することで、低消費電力で大きな磁化の回転を制御することができる高効率なデバイス作製の足掛かりとなるだけでなく、今後は磁化のダイナミクスを利用した経時変化に基づいた新奇デバイスへの応用が期待される。