JP5564701B2 - 常温磁性強誘電性超格子およびその製造方法 - Google Patents
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Description
ペロブスカイト型酸化物であるチタン酸ストロンチウム(SrTiO3)の単結晶(111)基板上に、レーザーアブレーション法を用いてBiFeO3とBiTiO3を1原子層ずつ交互に成長させた。まず、表面が50nm以上のステップ−テラス構造で構成される基板とするために、フッ素系酸性溶液によるウエットエッチングと熱処理による基板前処理を行った。すなわち、室温のバッファードフッ酸溶液に基板を10〜200秒浸してエッチングを行った。次に、溶液から基板を取り出して純水でよく洗浄し乾燥器で乾燥させ、さらにアセトンに浸し、最後に沸騰したエタノール中で処理して素早く引き上げ空気中で乾燥させた。そして、800〜1200℃の不活性ガス中で3〜12時間熱処理した。以上によって、テラス幅が平均50nm以上のステップ−テラス構造を持つ基板を得た(図6)。
製膜のための紫外線源としてはエキシマレーザーを用いた。始めにBiFeO3とBiTiO3のペレット状ターゲットを用意し、RHEED振動を見ながら1原子層ずつ上記処理を施した基板上に7周期堆積させた(以下、(BiFeO3/BiTiO3)7と称す)。図7はそのときのRHEED振動である。明瞭に強度振動が確認され、BiFeO3とBiTiO3が(111)に平行に1原子層ずつ成長していることがわかる。図8は(BiFeO3/BiTiO3)7から得られた、常温におけるP−E曲線である。ヒステリシスを示し、この超格子が常温で強誘電性を持つことがわかる。一方、図9は(BiFeO3/BiTiO3)7の常温におけるM−H曲線である。同様にヒステリシスを示し、この超格子が常温で磁性を有することがわかる。また、常温における自発分極はおよそ12μC/cm2で、自発磁化はおよそ150emu/ccである。
(実施例1)と同様の方法で作成した、テラス幅が平均50nm以上のステップ−テラス構造を持つSrTiO3の単結晶(111)基板上に、レーザーアブレーション法を用いてBiFeO3とBiCrO3を1原子層ずつ、3周期成長させた(以下、(BiFeO3/BiCrO3)3と称す。)。図10はそのときのRHEED振動である。この場合も明瞭に強度振動が確認され、BiFeO3とBiCrO3が(111)に平行に1原子層ずつ成長していることがわかる。図11は(BiFeO3/BiCrO3)3の、常温におけるP−E曲線である。図12は、(BiFeO3/BiCrO3)3の、常温におけるM−H曲線である。この超格子が常温で強誘電性と磁性を有することがわかる。常温における自発分極はおよそ16μC/cm2で、自発磁化はおよそ250emu/ccである。
Claims (11)
- 基板上に、一般式ABO3で表わされるペロブスカイト型酸化物(A、Bは互いに異なる元素を表す。)よりなる少なくとも2種類の酸化物薄膜が積層されてなり、前記酸化物薄膜の各層が奇数枚の原子層からなることを特徴とする超格子であって、異なる種類の前記酸化物薄膜が接合する界面において、隣接する前記酸化物薄膜のうちの一方の前記BがTi、V、Cr、Mnのいずれかであり、他方の前記BがFe、Co、Ni、Cuのいずれかであり、−50〜50℃において15emu/cc以上の自発磁化と、1μC/cm2以上の自発分極とを同時に示すことを特徴とする常温磁性強誘電性超格子。
- 基板上に、少なくとも2種類の強誘電性酸化物薄膜が積層されてなる超格子であって、前記各酸化物薄膜を構成する酸化物がG型反強磁性体であり、前記各酸化物薄膜が、前記基板に対して(111)方向に配向しており、かつ前記酸化物薄膜の各層が奇数枚の原子層からなることを特徴とする、常温磁性強誘電性超格子。
- 前記Aで表わされる元素がBiまたはPbであり、前記Bで表わされる元素がTi、V、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cuのいずれかであることを特徴とする請求項1に記載の常温磁性強誘電性超格子。
- 基板上に、少なくとも2種類の強誘電性酸化物薄膜が積層されてなる超格子であって、前記各酸化物薄膜を構成する酸化物がA型反強磁性体であり、前記各酸化物薄膜が、前記基板に対して(100)方向に配向しており、かつ前記酸化物薄膜の各層が奇数枚の原子層からなることを特徴とする、常温磁性強誘電性超格子。
- 基板上に、少なくとも2種類の強誘電性酸化物薄膜が積層されてなる超格子であって、前記各酸化物薄膜を構成する酸化物がC型反強磁性体であり、前記各酸化物薄膜が、前記基板に対して(110)方向に配向しており、かつ前記酸化物薄膜の各層が奇数枚の原子層からなることを特徴とする、常温磁性強誘電性超格子。
- 前記基板が酸化物単結晶であることを特徴とする請求項1〜5のいずれかに記載の常温磁性強誘電性超格子。
- 前記基板表面がステップ−テラス構造で構成されており、そのテラス幅の平均が50nm以上であることを特徴とする請求項6に記載の常温磁性強誘電性超格子。
- 前記酸化物単結晶がペロブスカイト型酸化物単結晶であることを特徴とする請求項6または7に記載の常温磁性強誘電性超格子。
- 前記ペロブスカイト型酸化物単結晶が、前記酸化物薄膜の配向方向と同じ面指数を有していることを特徴とする請求項8に記載の常温磁性強誘電性超格子。
- 前記酸化物薄膜を気相成長または塗布成長によって製膜することを特徴とする請求項1〜9のいずれかに記載の常温磁性強誘電性超格子の製造方法。
- 請求項1〜9のいずれか1項に記載の常温磁性強誘電性超格子の常温での使用。
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