Multiple phase transitions and optoelectronic properties of new metastable titanate

酸化チタンの１種であるTi3O5は５つの結晶多形を持つ。その中で、λ相Ti3O5は室温かつ永続的な光誘起相転移を示すという、酸化物で唯一の特徴を持つ。他にも圧力や温度、電流印加でλ相Ti3O5は結晶多形間での相転移を発現する。二元系の単純な組成を持ちながら多彩な相転移を示すことから、相転移発現メカニズムの解明が望まれている。しかしλ相Ti3O5は室温準安定相であるため、これまでナノサイズの多結晶体試料しか得られていない。そこで本研究では、基板応力による構造安定化を活用することで薄膜によるλ相Ti3O5の大面積単結晶合成を行った。また、温度と光刺激によるλ相Ti3O5の相転移観測を行った。薄膜合成では、LaAlO3 (110)基板を用い基板温度を1100度とすることで、(100)面直配向したλ相Ti3O5薄膜が得られることを明らかにした。温度刺激による相転移については抵抗率の温度依存性および、放射光X線回折とラマン分光測定による構造相転移の観点から明らかにした。抵抗率の温度依存性からは、相転移を示唆するキンク構造や金属絶縁体転移を観測した。放射光X線回折からは単斜晶角を決定し、ランダウ理論に基づく温度依存性のフィッティングから転移温度が~460 Kと決定した。光刺激については、ナノ秒のNd: YAGレーザを用いた永続的な光誘起相転移とフェムト秒のTi:sapphireレーザを用いたポンププローブ法によるダイナミクスの観測を行った。ナノ秒レーザの照射では、β相からλ相への相転移の発現を顕微ラマン分光測定から明らかにした。フェムト秒レーザによる時間分解計測では、ポンプ光照射から1ピコ秒未満での透過率反射率の変化を見出した。

酸化チタンの１種であるTi3O5は５つの結晶多形を持つ。その中で、λ相Ti3O5は室温かつ永続的な光誘起相転移を示すという、酸化物で唯一の特徴を持つ。他にも圧力や温度、電流印加でλ相Ti3O5は結晶多形間での相転移を発現する。二元系の単純な組成を持ちながら多彩な相転移を示すことから、相転移発現メカニズムの解明が望まれている。しかしλ相Ti3O5は室温準安定相であるため、これまでナノサイズの多結晶体試料しか得られていない。そこで本研究では、基板応力による構造安定化を活用することで薄膜によるλ相Ti3O5の大面積単結晶合成を行った。また、温度と光刺激によるλ相Ti3O5の相転移観測を行った。薄膜合成では、LaAlO3 (110)基板を用い基板温度を1100度とすることで、(100)面直配向したλ相Ti3O5薄膜が得られることを明らかにした。温度刺激による相転移については抵抗率の温度依存性および、放射光X線回折とラマン分光測定による構造相転移の観点から明らかにした。抵抗率の温度依存性からは、相転移を示唆するキンク構造や金属絶縁体転移を観測した。放射光X線回折からは単斜晶角を決定し、ランダウ理論に基づく温度依存性のフィッティングから転移温度が~460 Kと決定した。光刺激については、ナノ秒のNd: YAGレーザを用いた永続的な光誘起相転移とフェムト秒のTi:sapphireレーザを用いたポンププローブ法によるダイナミクスの観測を行った。ナノ秒レーザの照射では、β相からλ相への相転移の発現を顕微ラマン分光測定から明らかにした。フェムト秒レーザによる時間分解計測では、ポンプ光照射から1ピコ秒未満での透過率反射率の変化を見出した。