価数制御と格子欠陥由来の自己組織化による特異な酸化物表界面の構築と新物質創製

通过价态控制和晶格缺陷自组织构建独特的氧化物表面和界面并创建新材料

• 批准号: 13J06933
• 负责人: 山内 涼輔
• 金额: $ 1.54万
• 依托单位: Tokyo Institute of Technology
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2013
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2013-04-01 至 2015-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-13J06933/
• 关键词: サファイア; 酸化ニッケル; 薄膜結晶成長; 双晶; ステップサファイア; NiO; LiNiO; パルスレーザー堆積法; 急速熱処理; 回折格子; LiNiO2

鏡面研磨サファイアc面基板を1273 Kで熱処理すると、その表面には高さ0.22 nmのステップ&テラス構造が形成される。その基板上にLixNi1-xO薄膜を堆積後、赤外集光加熱でわずか60秒熱処理することで周期的なナノ溝構造（回折格子構造）が自己組織化形成されることをこれまでに見出していた。当該年度では、この現象の機構解明を試みた。そのために、この自己組織化形成された回折格子構造の断面透過型電子顕微鏡観察を行った結果、隣り合う薄膜テラス同士で結晶ドメインが鏡像関係にあることが、薄膜テラス同士の癒合を妨げて周期的に溝を形成する推進力となっていることが予想された。サファイアc面上への酸化ニッケルの結晶成長に関して、基板と膜の格子ミスマッチを最表面原子層の幾何の相似性から考察する、レイヤーマッチングエピタキシー（LME）モデルを新たに立てた。このモデルにより、サファイアの隣り合うテラス同士でNiOの結晶ドメインが鏡像関係になるように結晶成長する原因は、NiOが、サファイア単位胞の1/6周期に現れる酸素原子層と格子整合することだと考えた。このモデルから、サファイアの原子ステップの高さが2倍になれば、サファイア上にNiOはバイエピタキシャル成長せずにユニエピタキシャル成長することが予想された。サファイアの原子ステップを一様に2倍の高さにする報告はこれまでなかったが、その形成熱処理条件を見出し、その基板上にNiOを堆積した結果、LMEモデルから予想される通り、NiOはサファイア上にユニエピタキシャル成長した。この結果は、立方晶の機能性薄膜をサファイア上に結晶成長させたときに、双晶面（欠陥）を完全になくすことができる可能性があることを示唆しており、今後、様々な立方晶の機能性酸化物がバイステップサファイア基板上に堆積されることで、新機能創出や性能向上がもたらされると考えられる。

Mirror polished surface substrate heat treatment at 1273 K, the surface temperature of 0.22 nm After LixNi1-xO thin films are deposited on the substrate, a periodic trench structure (folded lattice structure) is formed by heating the substrate for 60 seconds. When the year is over, the mechanism of the phenomenon is explained. The self-organization and formation of the folded lattice structure of the cross-section of the transmission electron microscope observation results, adjacent to the film temperature and the crystallization of the mirror image relationship, the film temperature and the healing of the periodic groove formation of the propulsion force The crystal growth of the acid layer on the surface of the substrate, the lattice structure of the substrate and the lattice structure of the film, the geometric similarity of the atomic layer on the surface of the substrate and the lattice structure on the surface of the substrate. The reason for the crystal growth of NiO is that the NiO crystal has a mirror-image relationship, and the 1/6 period of the NiO crystal has a lattice integration with the atomic layer of NiO. The height of the original position is twice that of the original position. The original position is twice that of the original position. The original position is twice that of the original position. The original position is twice that of the original position. The results of NiO deposition on the substrate are as follows: 1. The atomic temperature of the substrate is twice as high as that of the substrate. 2. The thermal treatment conditions of the substrate are as follows. 3. The thermal treatment conditions of the substrate are as follows: 1. As a result, cubic crystalline functional thin films are completely crystallized and double crystal planes are completely formed. This shows the possibility that cubic crystalline functional acids will accumulate on the substrate in the future and that new functional properties will be created.