生体分子のテラヘルツ波センシングを志向した強相関強誘電体／半導体界面の形成

昨年度に引き続き、高感度なTHzセンシングデバイスの構築に向けた強相関系強誘電体の光誘起物性ならびに、その発現メカニズムについて主に取り組んだ。本研究では、強相関強誘電体に特有の遷移金属由来の準位に起因した吸収が顕著にみられるYMnO3を用いた。YMnO3薄膜を透明基板ならびに下部電極上にパルスレーザー堆積法を用いて作製し、電気特性、光学特性ならびに光照射時の電気特性の測定に取り組んだ。光学特性において、光学吸収測定とフォトルミネッセンス測定を用いることで、光照射に伴う電子遷移が格子振動や磁気秩序に与える影響について検討した。励起光エネルギー依存性ならびに温度依存性から、スピンの反転・緩和過程を介した電子遷移に起因した発光帯をフォトルミネッセンス測定という簡易的な測定手法で初めて観測した。また、酸素欠損量が異なる試料を用いて、超交換相互作用の違いが発光特性に与える影響についても議論した。そこから、磁気秩序と電子遷移の相関について検討を行った。光照射時の電気特性については、その発生メカニズムは複雑であり、バルク効果と電極との界面の効果を切り離して、議論する必要がある。そこで、精確に光誘起電流の測定を行うために、透明電極と層間絶縁膜を用いて、光照射部と電極部を離した構造の作製にも取り組んだ。材料選定やそのプロセスとの親和性を検討し、プロセスの確立を行った。これらのことから、強相関強誘電体YMnO3薄膜の光誘起物性における電子励起や電子遷移と磁気秩序の影響を明らかにした。このような磁気秩序の形成と光物性やキャリア伝導機構との相関は、マグノンやフォノンといったTHz帯に存在する小さなエネルギーを有している素励起を利用した、新奇なセンシングデバイスへの構築指針の一つとなると考えられる。

昨年度に引き続き、高感度なTHzセンシングデバイスの構築に向けた強相関系強誘電体の光誘起物性ならびに、その発現メカニズムについて主に取り組んだ。本研究では、強相関強誘電体に特有の遷移金属由来の準位に起因した吸収が顕著にみられるYMnO3を用いた。YMnO3薄膜を透明基板ならびに下部電極上にパルスレーザー堆積法を用いて作製し、電気特性、光学特性ならびに光照射時の電気特性の測定に取り組んだ。光学特性において、光学吸収測定とフォトルミネッセンス測定を用いることで、光照射に伴う電子遷移が格子振動や磁気秩序に与える影響について検討した。励起光エネルギー依存性ならびに温度依存性から、スピンの反転・緩和過程を介した電子遷移に起因した発光帯をフォトルミネッセンス測定という簡易的な測定手法で初めて観測した。また、酸素欠損量が異なる試料を用いて、超交換相互作用の違いが発光特性に与える影響についても議論した。そこから、磁気秩序と電子遷移の相関について検討を行った。光照射時の電気特性については、その発生メカニズムは複雑であり、バルク効果と電極との界面の効果を切り離して、議論する必要がある。そこで、精確に光誘起電流の測定を行うために、透明電極と層間絶縁膜を用いて、光照射部と電極部を離した構造の作製にも取り組んだ。材料選定やそのプロセスとの親和性を検討し、プロセスの確立を行った。これらのことから、強相関強誘電体YMnO3薄膜の光誘起物性における電子励起や電子遷移と磁気秩序の影響を明らかにした。このような磁気秩序の形成と光物性やキャリア伝導機構との相関は、マグノンやフォノンといったTHz帯に存在する小さなエネルギーを有している素励起を利用した、新奇なセンシングデバイスへの構築指針の一つとなると考えられる。