BiFeO3フェロイック薄膜の巨大強誘電性発現要因の解明と更なる増大への挑戦

阐明导致BiFeO3铁薄膜巨大铁电性的因素以及进一步提高铁电性的挑战

• 批准号: 05F05073
• 负责人: 奥山 雅則
• 金额: $ 1.54万
• 依托单位: Osaka University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2005
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2005 至 2007
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-05F05073/
• 关键词: マルチフェロイック; BiFeO_3薄膜; 強誘電性; 圧電性; 磁性; BiFeO3 thin film; multiferroic

BiFeO_3は強誘電性と強磁性を兼ね備えるフェロイック(Ferroic)材料として注目されている物質であるが、バルクの状態では強誘電性と強磁性はあまり大きくなく、またこれまで作製された薄膜では絶縁性が悪く、十分な物性が得られなかった。そこで、我々はゾル-ゲル法とレーザアブレーション法によりBiFe_O3薄膜作製に取り組み、酸素濃度を制御することにより絶縁性の向上を成すことができた。特に、レーザアブレーション法によりPt/TiO_2/SiO_2/Si基板上に成長したBiFeO_3薄膜は絶縁性もよく、優れた強誘電性を示すことが示された。まず、分極履歴特性では室温での残留分極値が102μC/cm^2とバルクの〜17倍の値が得られPZTやPbTiO_3膜の最高値を上回るもので、さらに80Kでは152μC/cm^2とこれまでの最大値の約1.5倍の史上最高値を出すことに成功した。また、同時に40emu/cm^3の飽和磁化を持つ磁気履歴特性を示す弱い強磁性を得ることができ、強誘電性と強磁性を併せ持つフェロイク材料としての特徴を示すことが見出された。大きな強誘電性から期待される圧電性については、圧電定数が50pm/VとPZTと同等の特性を得ることができた。このようにBiFeO_3薄膜は、巨大な強誘電性、強磁性、大圧電性を併せ持つフェロイック薄膜として物性、応用の両面から期待される機能性薄膜であることを証明した。

BiFeO_3 is both strongly inductive and ferromagnetic. It is a ferromagnetic material. It is highly inductive and ferromagnetic. It is a thin film. The BiFeO3 thin film was prepared by the method of chemical composition and acid concentration control. BiFeO_3 thin films grown on Pt/TiO_2/SiO_2/Si substrates have excellent dielectric properties. The residual polarization value of PZT PbTiO_3 film at room temperature is 102μC/cm_2 and 17 times higher than that at room temperature. The maximum value of PZT PbTiO_3 film at room temperature is 152μC/cm_2 and 1.5 times higher than that at room temperature. The saturation magnetization of 40emu/cm^3 shows the characteristics of weak ferromagnetism and strong ferromagnetism. High inductance, high voltage, high BiFeO_3 thin films have strong dielectric, ferromagnetic and piezoelectric properties, and are functional films with excellent properties.

项目成果

First-Principles Study of BiFeO_3 Films Based with Giant Polarization and Its Dependence on Structural Parameters

基于巨偏振的BiFeO_3薄膜的第一性原理研究及其对结构参数的依赖性

• 发表时间: 2006
• 期刊: Ferroelectrics 335
• 作者: Yun;Kwi-Young;Dan Ricinschi
• 通讯作者: Dan Ricinschi

A Mechanism for the 150μcm^<-2> Polarization of BiFeO_3 Films Based On First-Principles Calculations and New Structual Data

基于第一性原理计算和新结构数据的BiFeO_3薄膜150μcm^<-2>极化机制

• 发表时间: 2005
• 期刊: Jornal of Physics : Condensed Matter 18
• 作者: Yun;Kwi-Young;Dan Ricinschi;Dan Ricinschi
• 通讯作者: Dan Ricinschi