λ相五酸化三チタン自立膜の作製と光誘起相変化デバイスへの応用

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本研究は当初、パルスレーザー堆積法を用いた酸素雰囲気でのエピタキシャル成長という成果を足掛かりに、ケミカルリフトオフ法により合成したλ相Ti3O5自立膜を用いて、光誘起相変化デバイスの実現を目標とした。研究方法として、(I)犠牲層の格子整合度の改善と(II)転写プロセスの改良を考えた。(I)について、クラック発生の原因は犠牲層と基板の格子ミスマッチであることから、犠牲層としてSr3Al2O6よりも基板との格子整合の良いSr3-xCaxAl2O6を試した。その結果、クラックの発生を抑制することに成功したが、Ca2+の量が増えるに伴って犠牲層の水への溶解度が低くなるという新たな問題が発生した。エッチング液に希塩酸などを添加してpHを調整し、約50 °Cまで加熱することでSr3-xCaxAl2O6を溶解除去できたが、同時にλ相Ti3O5の結晶性も悪化した。よって、犠牲層はSr3Al2O6のままとした。 クラック抑制のため、LaAlO3 (110)基板上での高温（>900 °C）での直接成長による自立膜の結晶性向上も試みたが、犠牲層が完全には溶解しなかった。成長温度が高い条件では、犠牲層のSr3Al2O6とバリア層のSrTiO3の界面で相互拡散がおきたことに起因すると考えられる。(II)について、熱剥離テープに転写した自立膜を加熱してさらにサファイア基板に部分転写できたが、クラックの発生が見られた。転写の際、熱膨張や界面における圧力などによるものと考えられる。並行して、Nd:YAGレーザーを光源に用いた光誘起相転移の実験も試みたが、エピタキシャル薄膜と同様に自立膜でも構造相転移を確認することはできなかった。これは、自立膜の支持体として用いたPDMSからの拘束によると考えた。解決策としては、自立膜を更に薄膜化したり、より展延性の良い材料を支持基板として使用したりすることが挙げられる。