新しい強磁性強誘電体合成法の確立と電気・磁気特性最適因子の解明

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これまで多くの物質においてマルチフェロイック現象が報告されているが、室温において強磁性体であり、強誘電体でもあるものは限られる。中でもBiFeO3は代表的なマルチフェロイック材料で、多くの研究成果が報告されているが、磁気的には反強磁性体であることと、電気的にはリーク電流が大きいため、研究のブレークスルーは中々実現しなかった。これまで我々も、元素置換により材料中の欠陥起因のリーク電流を軽減させることや、適当な基板結晶を用いて薄膜を成膜して基板結晶との電子移動を制御するなどのBiFeO3の改良研究は実施してきた。昨年度までは、BiFeO3単独では改良に限界があるため、類似物質であるBiMnO3とのダブルペロブスカイト構造に着目し、主としてBi2FeMnO6薄膜結晶を成膜して、その磁気特性、強誘電特性を評価した。その結果、リーク電流による強誘電特性の詳細な評価は困難であることがわかった。そこで今年度は、強誘電特性の評価に圧電応答顕微鏡を用いた。これを用いることで、ナノレベルオーダーでの電気特性の評価が可能となり、どこにリーク電流の原因があるのかを追求することが可能となった。さらに、SnTiO3+xに注目し、単独では非平衡状態でしか存在にも係わらず、YMnO3とSnTiO3+xとの多層膜とすることで安定に存在させることに成功した。多層膜の積層構造を、2、4、8層と変化させた場合の電気特性について評価しζ層数を多くすることで電気特性が改善されることを見出した。