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コンビナトリアル手法による強相関磁性薄膜・超格子の高速合成と高速物性評価

使用组合方法对强相关磁性薄膜和超晶格进行高速合成和高速物理性能评估

基本信息

批准号：
12046233
负责人：
川崎雅司
金额：
$ 2.37万
依托单位：
Tohoku University (2001)Tokyo Institute of Technology (2000)
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research on Priority Areas (A)
财政年份：
2000
资助国家：
日本
起止时间：
2000 至 2001
项目状态：
已结题

项目摘要

本研究では、酸化物薄膜技術をフルに生かしたコンビナトリアルレーザーMBE法を用いて高速にかつ系統的に磁性薄膜および超格子を作製してその構造評価や物性評価を行うことにより、遷移金属酸化物の薄膜・物性研究に対するガイドラインを提案し、新規物性を探索することを目的としている。薄膜作製に関して、(1)基板温度傾斜法(薄膜作製の最適化や成長モードの温度制御を高速に行う)、(2)コンポジションスプレッド薄膜作製(単一基板上に組成を連続的に変化させた化合物薄膜を作製)、(3)パラレル超格子作製(単一基板上に周期が異なる超格子群を作製)、といったコンビナトリアル手法の要素技術を開発し、Mn酸化物、Ti酸化物、Cu酸化物といった強相関材料に適用した。特に、巨大な第三次非線形光学効果を示すSr_2CuO_3薄膜とCa_2CuO_3薄膜のコンポジションスプレッド薄膜の作製に対しては、基板温度傾斜法を用いて、各組成での最適温度に合うように薄膜作製温度に傾斜をつけ、さらに、格子定数の異なる全ての組成域においてCu-O鎖が薄膜面内に配列しているエピタキシャル配向が実現するように、格子定数を連続的に変化させたバッファー層を開発し、実際に全組成域でのエピタキシャル成長に成功した。その結果、全組成領域で巨大な非線形光学効果を発現させることに成功した。物性評価法に関しては、磁性評価には磁場感度が非常に高く空間分解能も高い走査型スクイッド顕微鏡を適用し、非線形光学特性評価には第三次非線形光学効果を局所的に評価できる非線形光学効果テスターを理研と共同で開発し、上述のCu酸化物のコンポジションスプレッド薄膜の非線形光学効果の組成依存性を高速評価することに成功した。また、一括XRD装置の開発により、結晶構造評価を高速に行い、電気特性評価では、各試料の電気的絶縁をとるためのリソグラフィー技術や高速ボンディング技術を確立して、試料の測定速度を高速化した。

This study aims to develop a new technology for the preparation of thin films of metal oxides by MBE method, and to explore new methods for the preparation of thin films of magnetic materials and superlattices with high speed. Thin film fabrication: (1) substrate temperature tilt method (Optimization of thin film fabrication, temperature control and high speed operation),(2) Temperature control and thin film fabrication (Preparation of compound thin films with different compositions on a single substrate),(3) Preparation of superlattices (preparation of superlattices with different periods on a single substrate), Development of element technologies for different techniques, Mn oxides, Ti oxides, Cu oxides and strong correlation materials. In particular, the third order nonlinear optical properties of Sr_2CuO_3 thin films and Ca_2CuO_3 thin films are demonstrated. The substrate temperature tilt method is used to determine the optimum temperature for each composition. The lattice number and the total composition domain of Cu-O locks are arranged in the plane of the thin film. The lattice number and the total composition domain of Cu-O locks are successfully developed. As a result, a large nonlinear optical effect has been successfully developed in the field of full composition. Physical property evaluation method related to magnetic field sensitivity is very high, spatial resolution energy is high, and the application of nonlinear optical properties evaluation method to the third order nonlinear optical effect is very high. The high speed evaluation of the compositional dependence of the nonlinear optical properties of the Cu oxide film was successful. This includes the development of XRD apparatus, the evaluation of crystal structure, the evaluation of electrical characteristics, the establishment of high-speed XRD technique, and the determination of sample speed.