分極スキルミオンの創製と駆動制御

点击翻译按钮获取中文摘要

近年、トポロジカル絶縁体や磁気スキルミオンといった、トポロジーに守られた物質の創製と物性に大きな注目が集まっている。これらは電子や磁気に関するものだが、同じアナロジーが適用され得る分極については、ほとんど開拓されていない。そこで、本研究では、常誘電体に挟まれた強誘電体超薄膜に発現する微小な渦状分極に着目し、分極スキルミオンの創製とその駆動制御を目指す。具体的には、強誘電体超薄膜の電気的・機械的境界条件の制御による分極スキルミオンの形成と、電場が分極スキルミオンに与える影響の解明、およびそれを用いた駆動制御に取り組む。R4年度は、強誘電体超薄膜における電気的・機械的境界条件の操作による分極スキルミオンの形成と、電場が分極スキルミオンに与える影響の解明に取り組んだ。パルスレーザー堆積法を用いて、DyScO3基板上にSrRuO3下部電極層を堆積し、その上に、強誘電体として(Pb,Sr)TiO3、常誘電体としてSrTiO3を用いた超格子薄膜を作製し、各層の厚み・組成の制御によって、分極スキルミオンを有する薄膜の作製条件を明らかにした。得られた薄膜は、分極スキルミオンが広い範囲で形成されており、電子顕微鏡に加え、X線回折および圧電応答顕微鏡でも観測可能であることがわかった。また、電場下X線回折によって、スキルミオン領域における渦状分極の周期性が、可逆的かつ高速（50μ秒以内）に変化することを見出した。