JP5736664B2 - Titanium oxide particles, manufacturing method thereof, magnetic memory, optical information recording medium, and charge storage type memory - Google Patents

Titanium oxide particles, manufacturing method thereof, magnetic memory, optical information recording medium, and charge storage type memory Download PDF

Info

Publication number
JP5736664B2
JP5736664B2 JP2010105973A JP2010105973A JP5736664B2 JP 5736664 B2 JP5736664 B2 JP 5736664B2 JP 2010105973 A JP2010105973 A JP 2010105973A JP 2010105973 A JP2010105973 A JP 2010105973A JP 5736664 B2 JP5736664 B2 JP 5736664B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
titanium oxide
phase
oxide particles
particle
silica
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Fee Related
Application number
JP2010105973A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP2011236060A (en
Inventor
慎一 大越
慎一 大越
裕子 所
裕子 所
史吉 箱江
史吉 箱江
由英 角渕
由英 角渕
橋本 和仁
和仁 橋本
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
University of Tokyo NUC
Original Assignee
University of Tokyo NUC
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by University of Tokyo NUC filed Critical University of Tokyo NUC
Priority to JP2010105973A priority Critical patent/JP5736664B2/en
Priority to PCT/JP2011/059343 priority patent/WO2011136039A1/en
Publication of JP2011236060A publication Critical patent/JP2011236060A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP5736664B2 publication Critical patent/JP5736664B2/en
Expired - Fee Related legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B82NANOTECHNOLOGY
    • B82YSPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
    • B82Y10/00Nanotechnology for information processing, storage or transmission, e.g. quantum computing or single electron logic
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B82NANOTECHNOLOGY
    • B82YSPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
    • B82Y40/00Manufacture or treatment of nanostructures
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C01INORGANIC CHEMISTRY
    • C01GCOMPOUNDS CONTAINING METALS NOT COVERED BY SUBCLASSES C01D OR C01F
    • C01G23/00Compounds of titanium
    • C01G23/04Oxides; Hydroxides
    • C01G23/043Titanium sub-oxides
    • GPHYSICS
    • G11INFORMATION STORAGE
    • G11BINFORMATION STORAGE BASED ON RELATIVE MOVEMENT BETWEEN RECORD CARRIER AND TRANSDUCER
    • G11B7/00Recording or reproducing by optical means, e.g. recording using a thermal beam of optical radiation by modifying optical properties or the physical structure, reproducing using an optical beam at lower power by sensing optical properties; Record carriers therefor
    • G11B7/24Record carriers characterised by shape, structure or physical properties, or by the selection of the material
    • G11B7/241Record carriers characterised by shape, structure or physical properties, or by the selection of the material characterised by the selection of the material
    • G11B7/242Record carriers characterised by shape, structure or physical properties, or by the selection of the material characterised by the selection of the material of recording layers
    • G11B7/243Record carriers characterised by shape, structure or physical properties, or by the selection of the material characterised by the selection of the material of recording layers comprising inorganic materials only, e.g. ablative layers
    • G11B7/2437Non-metallic elements
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L29/00Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/40Electrodes ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/401Multistep manufacturing processes
    • H01L29/4011Multistep manufacturing processes for data storage electrodes
    • H01L29/40114Multistep manufacturing processes for data storage electrodes the electrodes comprising a conductor-insulator-conductor-insulator-semiconductor structure
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C01INORGANIC CHEMISTRY
    • C01PINDEXING SCHEME RELATING TO STRUCTURAL AND PHYSICAL ASPECTS OF SOLID INORGANIC COMPOUNDS
    • C01P2002/00Crystal-structural characteristics
    • C01P2002/70Crystal-structural characteristics defined by measured X-ray, neutron or electron diffraction data
    • C01P2002/72Crystal-structural characteristics defined by measured X-ray, neutron or electron diffraction data by d-values or two theta-values, e.g. as X-ray diagram
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C01INORGANIC CHEMISTRY
    • C01PINDEXING SCHEME RELATING TO STRUCTURAL AND PHYSICAL ASPECTS OF SOLID INORGANIC COMPOUNDS
    • C01P2002/00Crystal-structural characteristics
    • C01P2002/70Crystal-structural characteristics defined by measured X-ray, neutron or electron diffraction data
    • C01P2002/77Crystal-structural characteristics defined by measured X-ray, neutron or electron diffraction data by unit-cell parameters, atom positions or structure diagrams
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C01INORGANIC CHEMISTRY
    • C01PINDEXING SCHEME RELATING TO STRUCTURAL AND PHYSICAL ASPECTS OF SOLID INORGANIC COMPOUNDS
    • C01P2004/00Particle morphology
    • C01P2004/01Particle morphology depicted by an image
    • C01P2004/04Particle morphology depicted by an image obtained by TEM, STEM, STM or AFM
    • GPHYSICS
    • G11INFORMATION STORAGE
    • G11BINFORMATION STORAGE BASED ON RELATIVE MOVEMENT BETWEEN RECORD CARRIER AND TRANSDUCER
    • G11B7/00Recording or reproducing by optical means, e.g. recording using a thermal beam of optical radiation by modifying optical properties or the physical structure, reproducing using an optical beam at lower power by sensing optical properties; Record carriers therefor
    • G11B7/24Record carriers characterised by shape, structure or physical properties, or by the selection of the material
    • G11B7/241Record carriers characterised by shape, structure or physical properties, or by the selection of the material characterised by the selection of the material
    • G11B7/242Record carriers characterised by shape, structure or physical properties, or by the selection of the material characterised by the selection of the material of recording layers
    • G11B7/243Record carriers characterised by shape, structure or physical properties, or by the selection of the material characterised by the selection of the material of recording layers comprising inorganic materials only, e.g. ablative layers
    • G11B2007/24302Metals or metalloids
    • G11B2007/24304Metals or metalloids group 2 or 12 elements (e.g. Be, Ca, Mg, Zn, Cd)
    • GPHYSICS
    • G11INFORMATION STORAGE
    • G11BINFORMATION STORAGE BASED ON RELATIVE MOVEMENT BETWEEN RECORD CARRIER AND TRANSDUCER
    • G11B7/00Recording or reproducing by optical means, e.g. recording using a thermal beam of optical radiation by modifying optical properties or the physical structure, reproducing using an optical beam at lower power by sensing optical properties; Record carriers therefor
    • G11B7/24Record carriers characterised by shape, structure or physical properties, or by the selection of the material
    • G11B7/241Record carriers characterised by shape, structure or physical properties, or by the selection of the material characterised by the selection of the material
    • G11B7/242Record carriers characterised by shape, structure or physical properties, or by the selection of the material characterised by the selection of the material of recording layers
    • G11B7/243Record carriers characterised by shape, structure or physical properties, or by the selection of the material characterised by the selection of the material of recording layers comprising inorganic materials only, e.g. ablative layers
    • G11B2007/24318Non-metallic elements
    • G11B2007/2432Oxygen
    • GPHYSICS
    • G11INFORMATION STORAGE
    • G11BINFORMATION STORAGE BASED ON RELATIVE MOVEMENT BETWEEN RECORD CARRIER AND TRANSDUCER
    • G11B7/00Recording or reproducing by optical means, e.g. recording using a thermal beam of optical radiation by modifying optical properties or the physical structure, reproducing using an optical beam at lower power by sensing optical properties; Record carriers therefor
    • G11B7/24Record carriers characterised by shape, structure or physical properties, or by the selection of the material
    • G11B7/2403Layers; Shape, structure or physical properties thereof
    • G11B7/24065Layers assisting in recording or reproduction below the optical diffraction limit, e.g. non-linear optical layers or structures

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Nanotechnology (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Environmental & Geological Engineering (AREA)
  • General Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Geology (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Ceramic Engineering (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Mathematical Physics (AREA)
  • Theoretical Computer Science (AREA)
  • Inorganic Compounds Of Heavy Metals (AREA)
  • Semiconductor Memories (AREA)
  • Non-Volatile Memory (AREA)

Description

本発明は、酸化チタン粒子、その製造方法、磁気メモリ、光情報記録媒体及び電荷蓄積型メモリに関し、例えばTi3+を含む酸化物(以下、これを単に酸化チタンと呼ぶ)に適用して好適なものである。 The present invention relates to titanium oxide particles, a manufacturing method thereof, a magnetic memory, an optical information recording medium, and a charge storage type memory, and is suitable for application to, for example, an oxide containing Ti 3+ (hereinafter simply referred to as titanium oxide). It is a thing.

例えば、酸化チタンの代表であるTiは、種々の興味深い物性を有する相転移材料であり、例えば金属―絶縁体転移や、常磁性―反強磁性転移が起こることが知られている。また、Tiは、赤外線吸収や、熱電効果、磁気電気(ME)効果等も知られており、加えて、近年、磁気抵抗(MR)効果も見出されている。このような、様々な物性は、バルク体(〜μmサイズ)でのみ研究されており(例えば、非特許文献1参照)、そのメカニズムは未だ不明な部分も多い。 For example, Ti 2 O 3 is representative of the titanium oxide is a phase change material having a variety of interesting properties, for example, a metal - insulator transition and, paramagnetic - It is known that the anti-ferromagnetic transition occurs. Ti 2 O 3 is also known for its infrared absorption, thermoelectric effect, magnetoelectric (ME) effect, etc. In addition, in recent years, a magnetoresistive (MR) effect has also been found. Such various physical properties have been studied only in bulk bodies (˜μm size) (see, for example, Non-Patent Document 1), and the mechanism is still unclear.

Hitoshi SATO,他,JORNAL OF THE PHYSICAL SOCIETY OF JAPAN Vol.75,No.5,May,2006,pp.053702/1-4Hitoshi SATO, et al., JORNAL OF THE PHYSICAL SOCIETY OF JAPAN Vol.75, No.5, May, 2006, pp.053702 / 1-4

ところで、このような酸化チタンの従来における合成方法は、真空中において、約1600℃で焼成したり、約700℃でTiOを炭素還元したり、約1000℃でTiO,H,TiClを焼成することでバルク体として合成されてきた。そして、これまでにTi3+を含むTiOのナノ微粒子(nmサイズ)の報告例はなく、ナノ微粒子化することにより新規物性の発現が期待される。 By the way, conventional methods for synthesizing such titanium oxide include baking in vacuum at about 1600 ° C., carbon reduction of TiO 2 at about 700 ° C., TiO 2 , H 2 , TiCl 4 at about 1000 ° C. Has been synthesized as a bulk body by firing. There has been no report of TiO x nanoparticle (nm size) containing Ti 3+ so far, and the development of new physical properties is expected by making the nanoparticle.

そこで、本発明は以上の点を考慮してなされたもので、従来にない新規な物性を発現し得る酸化チタン粒子及びその製造方法と、それを用いた磁気メモリ、光情報記録媒体及び電荷蓄積型メモリを提案することを目的とする。   Therefore, the present invention has been made in consideration of the above points. Titanium oxide particles capable of exhibiting unprecedented physical properties, a method for producing the same, a magnetic memory using the same, an optical information recording medium, and charge storage The purpose is to propose a type memory.

かかる課題を解決するため本発明の請求項1は、Tiの組成を有し、0〜800Kの温度領域で常磁性金属の状態を維持する微粒子状のTi粒子本体からなり、前記Ti粒子本体を形成した際に、該Ti粒子本体の表面を覆っていたシリカガラスが除去されており、前記Ti 粒子本体の粒径が4〜90nmであることを特徴とするものである。 In order to solve this problem, claim 1 of the present invention comprises a Ti 3 O 5 particle main body having a Ti 3 O 5 composition and maintaining a paramagnetic metal state in a temperature range of 0 to 800K. When the Ti 3 O 5 particle main body is formed, the silica glass covering the surface of the Ti 3 O 5 particle main body is removed, and the particle size of the Ti 3 O 5 particle main body is 4 to 90 nm. it is characterized in that.

また、本発明の請求項2は、前記Ti粒子本体は、少なくとも500K以上の温度領域で常磁性金属状態の斜方晶系の結晶構造となり、少なくとも300K以下の温度領域で常磁性金属状態の単斜晶系の結晶構造となることを特徴とするものである。 According to a second aspect of the present invention, the Ti 3 O 5 particle main body has an orthorhombic crystal structure in a paramagnetic metal state in a temperature range of at least 500K, and the paramagnetic metal in a temperature range of at least 300K. It has a monoclinic crystal structure in a state.

また、本発明の請求項は、塩化チタンを含む水相を油相中に有する原料ミセル溶液と、中和剤を含む水相を油相中に有する中和剤ミセル溶液とを混合して作製した混合溶液内に、シラン化合物を添加して、前記混合溶液内の水酸化チタン化合物粒子の表面をシリカで被覆させたシリカ被覆水酸化チタン化合物粒子を生成し、前記シリカ被覆水酸化チタン化合物粒子を前記混合溶液から分離した後、水素雰囲気下で焼成することによりシリカガラス内に前記Ti粒子本体を生成し、前記Ti粒子本体の表面から前記シリカガラスが除去されたことを特徴とするものである。 Moreover, Claim 3 of this invention mixes the raw material micelle solution which has the water phase containing a titanium chloride in an oil phase, and the neutralizer micelle solution which has the water phase containing a neutralizer in an oil phase. In the prepared mixed solution, a silane compound is added to produce silica-coated titanium hydroxide compound particles in which the surface of the titanium hydroxide compound particles in the mixed solution is coated with silica, and the silica-coated titanium hydroxide compound is produced. After separating the particles from the mixed solution, the Ti 3 O 5 particle main body was generated in the silica glass by firing in a hydrogen atmosphere , and the silica glass was removed from the surface of the Ti 3 O 5 particle main body. It is characterized by this.

また、本発明の請求項は、塩化チタンを含む水相を油相中に有する原料ミセル溶液と、中和剤を含む水相を油相中に有する中和剤ミセル溶液とを混合することにより混合溶液を作製して、該混合溶液内で水酸化チタン化合物粒子を生成する工程と、前記混合溶液内にシラン化合物を添加して前記水酸化チタン化合物粒子の表面をシリカで被覆したシリカ被覆水酸化チタン化合物粒子を生成する工程と、前記シリカ被覆水酸化チタン化合物粒子を前記混合溶液から分離した後、水素雰囲気下で焼成することにより、シリカガラス内に微粒子状のTi粒子本体を生成する工程と、前記Ti粒子本体の表面を覆っている前記シリカガラスを除去することにより、前記Ti粒子本体からなる酸化チタン粒子を生成する工程とを備えることを特徴とするものである。 According to a fourth aspect of the present invention, a raw material micelle solution having an aqueous phase containing titanium chloride in an oil phase and a neutralizing micelle solution having an aqueous phase containing a neutralizing agent in the oil phase are mixed. And a step of producing titanium hydroxide compound particles in the mixed solution, and a silica coating in which a silane compound is added to the mixed solution and the surface of the titanium hydroxide compound particles is coated with silica. A step of generating titanium hydroxide compound particles, and separating the silica-coated titanium hydroxide compound particles from the mixed solution, followed by firing in a hydrogen atmosphere, thereby forming a particulate Ti 3 O 5 particle main body in silica glass generating a, the Ti 3 O 5 by removing the silica glass covering the surface of the particle body, to produce titanium oxide particles made of the Ti 3 O 5 particle body It is characterized in further comprising a.

また、本発明の請求項は、前記酸化チタン粒子を生成する工程では、
水酸化カリウムエタノール溶液、水酸化ナトリウム水溶液又は水酸化テトラメチルアンモニウム水溶液のうち、少なくともいずれか1種によって前記Ti粒子本体の表面から前記シリカガラスを除去することを特徴とするものである。
Further, according to claim 5 of the present invention, in the step of generating the titanium oxide particles,
The silica glass is removed from the surface of the Ti 3 O 5 particle main body by at least one of potassium hydroxide ethanol solution, sodium hydroxide aqueous solution or tetramethylammonium hydroxide aqueous solution. .

また、本発明の請求項は、支持体上に磁性材料を固定してなる磁性層を備え、前記磁性材料に、請求項1〜のうちいずれか1項記載の酸化チタン粒子が使用されていることを特徴とするものである。 A sixth aspect of the present invention includes a magnetic layer formed by fixing a magnetic material on a support, and the titanium oxide particles according to any one of the first to third aspects are used for the magnetic material. It is characterized by that.

また、本発明の請求項は、記録用の記録光が記録層に集光されることで、前記記録層に情報を記録し、読出用の読出光が前記記録層に集光されることで、前記記録層から戻ってくる戻り光の反射率の違いから、前記記録層に記録された情報を再生する光情報記録媒体において、前記記録層に、Ti の組成を有し、0〜800Kの温度領域で常磁性金属の状態を維持する微粒子状のTi 粒子本体からなり、前記Ti 粒子本体を形成した際に、該Ti 粒子本体の表面を覆っていたシリカガラスが除去された酸化チタン粒子が使用されていることを特徴とするものである。
また、本発明の請求項8は、前記Ti 粒子本体の粒径が4〜90nmであることを特徴とするものである。
According to a seventh aspect of the present invention, the recording light for recording is condensed on the recording layer, whereby information is recorded on the recording layer, and the reading light for reading is condensed on the recording layer. In the optical information recording medium for reproducing the information recorded in the recording layer, the recording layer has a composition of Ti 3 O 5 because of the difference in reflectance of the return light returning from the recording layer . consists particulate Ti 3 O 5 particle body to maintain the state of the paramagnetic metal in the temperature range of 0~800K, when forming the Ti 3 O 5 particle body, the surface of the Ti 3 O 5 particle body Titanium oxide particles from which the covered silica glass has been removed are used.
The eighth aspect of the present invention is characterized in that a particle diameter of the Ti 3 O 5 particle main body is 4 to 90 nm.

また、本発明の請求項9は、支持体上に電荷蓄積材料を固定してなる電荷蓄積層を備え、前記電荷蓄積材料に、請求項1〜のうちいずれか1項記載の酸化チタン粒子が使用されていることを特徴とするものである。 A ninth aspect of the present invention includes a charge storage layer formed by fixing a charge storage material on a support, and the charge storage material includes titanium oxide particles according to any one of the first to third aspects. Is used.

本発明の請求項1及びによれば、従来にない新規な物性を発現し得る酸化チタン粒子を提供できる。 According to the first and fourth aspects of the present invention, titanium oxide particles capable of exhibiting unprecedented new physical properties can be provided.

また、本発明の請求項によれば、従来にない新規な物性を発現し得る酸化チタン粒子を磁性材料として用いた磁気メモリを提供できる。 Further, according to claim 6 of the present invention, a magnetic memory using titanium oxide particles capable of exhibiting unprecedented new physical properties as a magnetic material can be provided.

また、本発明の請求項によれば、従来にない新規な物性を発現し得る酸化チタン粒子を記録層に用いた光情報記録媒体を提供できる。 According to claim 7 of the present invention, an optical information recording medium using titanium oxide particles capable of expressing new unprecedented physical properties for the recording layer can be provided.

また、本発明の請求項9によれば、従来にない新規な物性を発現し得る酸化チタン粒子を電荷蓄積材料として用いた電荷蓄積型メモリを提供できる。   Further, according to claim 9 of the present invention, a charge storage type memory using titanium oxide particles capable of expressing new unprecedented physical properties as a charge storage material can be provided.

本発明による酸化チタン粒子の構成を示すTEM像である。It is a TEM image which shows the structure of the titanium oxide particle by this invention. λ−Tiの結晶構造とα−Tiの結晶構造を示す概略図である。It is a schematic diagram showing a crystal structure and α-Ti 3 O 5 crystal structure of λ-Ti 3 O 5. シリカガラス内に本発明による酸化チタン粒子が形成されている微小構造体の構成を示すTEM像である。It is a TEM image which shows the structure of the microstructure in which the titanium oxide particle by this invention is formed in the silica glass. シリカ被覆水酸化チタン化合物粒子を作製するまでの説明に供する概略図である。It is the schematic where it uses for description until it produces a silica covering titanium hydroxide compound particle. シリカ被覆水酸化チタン化合物粒子の構成を示す概略図である。It is the schematic which shows the structure of a silica covering titanium hydroxide compound particle. シリカ被覆水酸化チタン化合物粒子の構成を示すTEM像である。It is a TEM image which shows the structure of a silica covering titanium hydroxide compound particle. 微小構造体のXRDパターンの解析結果を示すグラフである。It is a graph which shows the analysis result of the XRD pattern of a microstructure. シリカガラス内に形成された酸化チタン粒子をシリカガラスから分離する分離処理の説明に供する概略図である。It is the schematic where it uses for description of the separation process which isolate | separates the titanium oxide particle formed in the silica glass from a silica glass. 酸化チタン粒子のXRDパターンの解析結果を示すグラフである。It is a graph which shows the analysis result of the XRD pattern of a titanium oxide particle. 従来のバルク体と、本発明による酸化チタン粒子の磁化率及び温度の関係を示すグラフである。It is a graph which shows the relationship of the magnetic susceptibility and temperature of the conventional bulk body and the titanium oxide particle by this invention. β−Tiの結晶構造を示す概略図である。It is a schematic view showing the crystal structure of β-Ti 3 O 5. ペレットサンプルに対しエネルギーの異なるパルスレーザー光を照射したときのペレットサンプルの色相の変化を示す写真である。It is a photograph which shows the change of the hue of a pellet sample when irradiating the pulse laser beam from which energy differs with respect to a pellet sample. ペレットサンプルに対してパルスレーザー光を照射した前後におけるKM値と波長との関係を示したグラフである。It is the graph which showed the relationship between KM value before and after irradiating a pulse laser beam with respect to a pellet sample, and a wavelength. 酸化チタン粒子の用途の説明に供するグラフである。It is a graph with which it uses for description of the use of a titanium oxide particle. Ti単結晶の温度変化によるβ相とα相の相転移を示すグラフである。Ti 3 O 5 is a graph showing the phase transition of the β-phase and α-phase due to the temperature change of the single crystal. Ti単結晶の電荷非局在ユニットの割合と温度との関係、ギブスの自由エネルギーと電荷非局在ユニットの割合との関係を示す概略図である。Relationship between the ratio and the temperature of the charge-delocalized unit of Ti 3 O 5 single crystal is a schematic diagram showing the relationship between the ratio of free energy and the charge-delocalized unit Gibbs. 本願発明のλ相からなる試料の電荷非局在ユニットの割合と温度との関係、ギブスの自由エネルギーと電荷非局在ユニットの割合との関係を示す概略図である。It is the schematic which shows the relationship between the ratio of the charge delocalization unit of the sample which consists of a lambda phase of this invention, and temperature, and the relationship between the Gibbs free energy and the ratio of a charge delocalization unit. ギブスの自由エネルギーと電荷非局在ユニットの割合と温度との関係を示すグラフである。It is a graph which shows the relationship between the free energy of Gibbs, the ratio of a charge delocalization unit, and temperature. 光照射時における温度と電荷非局在ユニットの割合との関係を示すグラフである。It is a graph which shows the relationship between the temperature at the time of light irradiation, and the ratio of a charge delocalization unit. パイレックス基板に酸化チタン粒子含有溶液を滴下させたときの様子を示す写真である。It is a photograph which shows a mode when a titanium oxide particle containing solution is dripped at a Pyrex substrate. パイレックス基板の表面近傍の切断面を示すSEM像である。It is a SEM image which shows the cut surface vicinity of the surface of a Pyrex substrate. シリカガラス内から取り出した酸化チタン粒子を、近接場光に用いる光情報記録媒体の記録層に用いたときの説明に供する概略図である。It is the schematic where it uses for description when the titanium oxide particle taken out out of the silica glass is used for the recording layer of the optical information recording medium used for near-field light. 一般的な光情報記録再生装置で用いられている光スポットと、近接場光の光スポットとを、図1に示した酸化チタン粒子1に対して照射したときのイメージを示す概略図である。It is the schematic which shows the image when the light spot used with the general optical information recording / reproducing apparatus and the light spot of near-field light are irradiated with respect to the titanium oxide particle 1 shown in FIG.

以下図面に基づいて本発明の実施の形態を詳述する。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.

(1)酸化チタン粒子の構成
図1は、酸化チタン粒子1を透過型電子顕微鏡(TEM:Transmission Electron Microscope)にて撮像したTEM像であり、複数の酸化チタン粒子1が互いに結合することなく分散している。これら複数の酸化チタン粒子1は、それぞれ粒径が約8〜14nm程度の大きさにほぼ揃っており、外形が立方体状や、球状、楕円球状等のほぼ同じ粒子状に形成されたナノサイズのTi粒子本体2から構成されている。
(1) Configuration of Titanium Oxide Particles FIG. 1 is a TEM image obtained by imaging titanium oxide particles 1 with a transmission electron microscope (TEM), and a plurality of titanium oxide particles 1 are dispersed without being bonded to each other. doing. Each of the plurality of titanium oxide particles 1 has a particle size of about 8 to 14 nm, and the outer shape is a nano-size formed in the same particle shape such as a cubic shape, a spherical shape, an elliptical spherical shape, or the like. It consists of a Ti 3 O 5 particle body 2.

なお、図1は、製造された酸化チタン粒子1を分級し、粒径が約8〜14nm程度からなる酸化チタン粒子1のTEM像であるが、本発明では、粒径が約4〜90nm程度の酸化チタン粒子1についても製造され得る。また、図1では、TEM像において各酸化チタン粒子1の大きさや形状が明確に分かるようにするために、水酸化テトラメチルアンモニウム(TMAH:tetramethyl ammonium hydroxide)からなる分散液を用い、酸化チタン粒子1を分散させたものである。   FIG. 1 is a TEM image of the titanium oxide particles 1 obtained by classifying the manufactured titanium oxide particles 1 and having a particle size of about 8 to 14 nm. In the present invention, the particle size is about 4 to 90 nm. The titanium oxide particles 1 can also be produced. Moreover, in FIG. 1, in order to clearly understand the size and shape of each titanium oxide particle 1 in a TEM image, a titanium oxide particle is used by using a dispersion composed of tetramethyl ammonium hydroxide (TMAH). 1 is dispersed.

実際上、このような酸化チタン粒子1は、擬ブルッカイト構造のTiの組成を有し、温度が変化することにより結晶構造が相転移し得ると共に、全ての温度領域(例えば0〜800Kの温度領域)でパウリ常磁性を示し、常磁性金属の状態が保たれ得るようになされている。これにより本発明による酸化チタン粒子1では、従来から知られているTiからなるバルク体(以下、これを従来結晶と呼ぶ)が非磁性半導体に相転移する約460K未満の温度領域でも、常磁性金属の状態を保てる、という従来にない特性を有している。 In practice, such a titanium oxide particle 1 has a composition of Ti 3 O 5 having a pseudo-brookite structure, the crystal structure can undergo phase transition by changing the temperature, and the entire temperature range (for example, 0 to 800 K). In this temperature range, it exhibits Pauli paramagnetism and can maintain a paramagnetic metal state. As a result, in the titanium oxide particles 1 according to the present invention, a conventionally known bulk body made of Ti 3 O 5 (hereinafter referred to as a conventional crystal) can be used even in a temperature range of less than about 460 K at which phase transition to a nonmagnetic semiconductor occurs. It has an unprecedented characteristic that it can maintain the state of a paramagnetic metal.

実際上、この酸化チタン粒子1は、約300K以下の温度領域において、Tiが常磁性金属の状態を保った単斜晶系の結晶相(以下、これをλ相とも呼ぶ)となり得る。そして、この酸化チタン粒子1は、約300Kを超えたあたりから相転移し始め、λ相と、常磁性金属状態の斜方晶系のα相とが混相した状態となり、約500Kを超えた温度領域において結晶構造がα相のみとなり得る。 In practice, the titanium oxide particles 1 can be a monoclinic crystal phase (hereinafter also referred to as a λ phase) in which Ti 3 O 5 maintains a paramagnetic metal state in a temperature range of about 300 K or less. . The titanium oxide particles 1 begin to undergo a phase transition when the temperature exceeds about 300K, and the λ phase and the orthorhombic α-phase in the paramagnetic metal state are mixed, and the temperature exceeds about 500K. In the region, the crystal structure can be only α phase.

この実施の形態の場合、約300K以下の温度領域でのTi粒子本体2は、図2(A)に示すように、結晶構造が空間群C2/mに属し、格子定数がa=9.835(1)Å、b=3.794(1)Å、c=9.9824(9)Å、β=90.720(9)°、単位格子の密度d=3.988g/cmからなるTi(以下、これをλ−Tiと呼ぶ)となり得る。これに対して、約500K以上の温度領域でのTi粒子本体2は、図2(B)に示すように、結晶構造が空間群Cmcmに属し、格子定数がa=3.798(2)Å、b=9.846(3)Å、c=9.988(4)Å、d=3.977g/cmからなるα−Tiとなり得る。 In this embodiment, as shown in FIG. 2A, the Ti 3 O 5 particle body 2 in the temperature region of about 300 K or less has a crystal structure belonging to the space group C2 / m and a lattice constant of a = 9.835 (1) Å, b = 3.994 (1) Å, c = 9.9824 (9) Å, β = 90.720 (9) °, unit cell density d = 3.988 g / cm 3 Ti 3 O 5 (hereinafter referred to as λ-Ti 3 O 5 ). On the other hand, as shown in FIG. 2B, the Ti 3 O 5 particle main body 2 in the temperature region of about 500 K or more has a crystal structure belonging to the space group Cmcm and a lattice constant of a = 3.798 ( 2) −, b = 9.846 (3) Å, c = 9.988 (4) Å, d = 3.977 g / cm 3 can be α-Ti 3 O 5 .

(2)酸化チタン粒子の製造方法
本発明では、先ず初めに、図3に示すように、アモルファス構造のシリカガラス3の中に、複数の酸化チタン粒子1が分散して形成された微小構造体4を製造する。その後、微小構造体4のシリカガラス3を除去してシリカガラス3内からこれら複数の酸化チタン粒子1を取り出すことにより、Ti粒子本体2の表面全体からシリカガラス3が除去されて表面全体が外部に露出した微粒子状の酸化チタン粒子1を製造している。
(2) Method for Producing Titanium Oxide Particles In the present invention, first, as shown in FIG. 3, a microstructure formed by dispersing a plurality of titanium oxide particles 1 in silica glass 3 having an amorphous structure. 4 is manufactured. Thereafter, the silica glass 3 is removed from the entire surface of the Ti 3 O 5 particle body 2 by removing the silica glass 3 of the microstructure 4 and taking out the plurality of titanium oxide particles 1 from the silica glass 3. The fine titanium oxide particles 1 that are entirely exposed to the outside are manufactured.

ここでは、先ず初めに、図3に示すような微小構造体4を製造する製造方法について説明した後、この微小構造体4のシリカガラス3から酸化チタン粒子1を分離する分離処理について説明する。   Here, first, a manufacturing method for manufacturing the microstructure 4 as shown in FIG. 3 will be described, and then a separation process for separating the titanium oxide particles 1 from the silica glass 3 of the microstructure 4 will be described.

(2−1)微小構造体の製造方法
図3は、微小構造体4を透過型電子顕微鏡(TEM)にて撮像したTEM像であり、粒径が例えば約4〜90nm程度の大きさにほぼ揃った微粒子状の酸化チタン粒子1が、シリカガラス3内に分散するようにして合成されている。
(2-1) Manufacturing Method of Microstructure FIG. 3 is a TEM image obtained by imaging the microstructure 4 with a transmission electron microscope (TEM), and the particle size is approximately about 4 to 90 nm, for example. The aligned fine titanium oxide particles 1 are synthesized so as to be dispersed in the silica glass 3.

このように酸化チタン粒子1がシリカガラス3内に形成されている微小構造体4は、以下のように逆ミセル法及びゾルーゲル法を組み合わせて製造することができる。具体的には、先ず始めにオクタンと1−ブタノールとからなる油相を有する溶液に、界面活性剤(例えば臭化セチルトリメチルアンモニウム(CTAB(C1633N(CHBr)))を溶解すると共に、塩化チタンを添加して溶解する。 Thus, the microstructure 4 in which the titanium oxide particles 1 are formed in the silica glass 3 can be manufactured by combining the reverse micelle method and the sol-gel method as follows. Specifically, first, a surfactant (for example, cetyltrimethylammonium bromide (CTAB (C 16 H 33 N (CH 3 ) 3 Br))) is added to a solution having an oil phase composed of octane and 1-butanol. And titanium chloride is added and dissolved.

これにより、図4(A)に示すように、塩化チタンを含む水相6を、油相中に有した原料ミセル溶液を作製する。ここで、塩化チタンとしては、四塩化チタン(TiCl)を適用できる。また、原料ミセル溶液の作製とは別に、オクタンと1−ブタノールとからなる油相を有する溶液に、界面活性剤(例えば臭化セチルトリメチルアンモニウム(CTAB(C1633N(CHBr)))を溶解すると共に、中和剤を混合する。 Thereby, as shown to FIG. 4 (A), the raw material micelle solution which has the water phase 6 containing a titanium chloride in the oil phase is produced. Here, titanium tetrachloride (TiCl 4 ) can be applied as titanium chloride. In addition to the preparation of the raw micelle solution, a surfactant (for example, cetyltrimethylammonium bromide (CTAB (C 16 H 33 N (CH 3 ) 3 Br) is added to a solution having an oil phase composed of octane and 1-butanol. ))) Is dissolved and a neutralizing agent is mixed.

これにより、図4(A)に示すように、アンモニア(NH)を含んだ水相7を、油相中に有した中和剤ミセル溶液を作製する。ここで中和剤としては、アンモニア水溶液を適用できる。次いで、逆ミセル法によって、原料ミセル溶液と中和剤ミセル溶液とを攪拌混合することにより混合溶液を作製する。このとき、水相中で水酸化反応が起き、図4(B)及び(C)に示すように、混合溶液の水相9内にTi(OH)からなる水酸化チタン化合物粒子10が生成され得る。 Thus, as shown in FIG. 4 (A), ammonia aqueous phase 7 containing (NH 3), to produce a neutralizer micelle solution having the oil phase. Here, an aqueous ammonia solution can be applied as the neutralizing agent. Next, the mixed micelle solution is prepared by stirring and mixing the raw micelle solution and the neutralizer micelle solution by the reverse micelle method. At this time, a hydroxylation reaction occurs in the aqueous phase, and as shown in FIGS. 4B and 4C, titanium hydroxide compound particles 10 made of Ti (OH) 4 are generated in the aqueous phase 9 of the mixed solution. Can be done.

次いでゾルーゲル法によって、図4(D)に示すように、混合溶液に対しテトラエトキシシラン(TEOS((CO)Si))等のシラン化合物の溶液を適宜添加する。これにより、混合溶液内で加水分解反応が起き、例えば24時間経過後に、図4(E)に示すように、水酸化チタン化合物粒子10の表面がシリカ5で被覆されたシリカ被覆水酸化チタン化合物粒子12を作製できる。 Next, as shown in FIG. 4D, a solution of a silane compound such as tetraethoxysilane (TEOS ((C 2 H 5 O) 4 Si)) is appropriately added to the mixed solution by a sol-gel method. As a result, a hydrolysis reaction occurs in the mixed solution. For example, after 24 hours, a silica-coated titanium hydroxide compound in which the surface of the titanium hydroxide compound particles 10 is coated with silica 5 as shown in FIG. Particles 12 can be made.

次いで、遠心分離を行い、図5に示すようなシリカ被覆水酸化チタン化合物粒子12を混合溶液から分離した後、洗浄して乾燥させることにより、シリカ被覆水酸化チタン化合物粒子12(シリカ5に包まれたTi(OH)微粒子)を混合溶液から抽出する。ここで乾燥させたシリカ被覆水酸化チタン化合物粒子12について透過型電子顕微鏡(TEM)にてTEM像を撮影したところ、図6に示すようなTEM像が得られた。このTEM像からシリカ被覆水酸化チタン化合物粒子12は、粒径が約5nm程度からなる微粒子であることが確認できた。 Next, centrifugal separation is performed to separate the silica-coated titanium hydroxide compound particles 12 as shown in FIG. 5 from the mixed solution, followed by washing and drying, whereby silica-coated titanium hydroxide compound particles 12 (encapsulated in silica 5). Extracted Ti (OH) 4 fine particles) from the mixed solution. A TEM image of the dried silica-coated titanium hydroxide compound particles 12 was taken with a transmission electron microscope (TEM), and a TEM image as shown in FIG. 6 was obtained. From this TEM image, it was confirmed that the silica-coated titanium hydroxide compound particles 12 were fine particles having a particle size of about 5 nm.

次いで、乾燥させたシリカ被覆水酸化チタン化合物粒子12(シリカ5で被覆されたTi(OH)微粒子)を水素雰囲気下(0.3〜1.5L/min)において所定温度(約1060〜1220℃)で所定時間(約5時間)、焼成処理する。この焼成処理により、シリカ被覆水酸化チタン化合物粒子12はシリカ殻内部での酸化反応により、Ti4+を還元し、Ti3+を含んだ酸化物であるTi(Ti3+ Ti4+)粒子本体がシリカ5内に生成される。 Subsequently, the dried silica-coated titanium hydroxide compound particles 12 (Ti (OH) 4 fine particles coated with silica 5) are heated to a predetermined temperature (about 1060 to 1220) in a hydrogen atmosphere (0.3 to 1.5 L / min). And firing for a predetermined time (about 5 hours). This firing process, the silica-coated titanium hydroxide compound particles 12 by the oxidation reaction inside the silica shell, reducing the Ti 4+, an oxide containing Ti 3+ Ti 3 O 5 (Ti 3+ 2 Ti 4+ O 5 ) particle bodies are produced in the silica 5.

このようにして、温度変化によりλ相又はα相となり、かつ粒径が一定に揃った微粒子状のTi粒子本体からなる複数の酸化チタン粒子1が、シリカガラス3内に分散して形成されている微小構造体4を作製できる(図3)。因みに、シリカ5による被覆は、粒子同士の焼結を防止する作用も果たし得る。 In this way, a plurality of titanium oxide particles 1 composed of fine-particle Ti 3 O 5 particle main bodies having a λ phase or an α phase due to a temperature change and having a uniform particle size are dispersed in the silica glass 3. The formed microstructure 4 can be produced (FIG. 3). Incidentally, the coating with silica 5 can also serve to prevent sintering of particles.

ここで、このようにして製造した微小構造体4について、XRDパターンを測定したところ、図7に示すような解析結果が得られた。図7は、横軸に回折角を示し、縦軸に回折X線強度を示している。図7に示すように、XRDパターンでは、SiO(シリカ)を示すピークが現れていることから、微小構造体4にシリカ5を有していることが確認できた。また、この微小構造体4では、XRDパターンにおいてピークの現れた箇所が、α−TiのXRDパターン(図示せず)とは異なることから、結晶構造がα−Tiではないことが確認できた。なお、このようにして製造した微小構造体4は、元素分析により、Tiと、SiOとの比が13:87%であることを確認し、また、X線蛍光(XRF)分析により、不純物元素が存在していないこと(0.1%未満)を確認した。 Here, when the XRD pattern was measured about the microstructure 4 manufactured in this way, the analysis result as shown in FIG. 7 was obtained. FIG. 7 shows the diffraction angle on the horizontal axis and the diffraction X-ray intensity on the vertical axis. As shown in FIG. 7, in the XRD pattern, since a peak indicating SiO 2 (silica) appears, it was confirmed that the microstructure 4 has the silica 5. Moreover, in the microstructure 4, portions appearing peaks in XRD patterns, since different from the α-Ti 3 O 5 in the XRD pattern (not shown), the crystal structure is not the α-Ti 3 O 5 I was able to confirm. Note that the microstructure 4 manufactured in this way was confirmed by elemental analysis to have a ratio of Ti 3 O 5 and SiO 2 of 13: 87%, and X-ray fluorescence (XRF) analysis. Thus, it was confirmed that no impurity element was present (less than 0.1%).

(2−2)シリカガラス内に形成された酸化チタン粒子をシリカガラスから分離する分離処理
次に、このようにして製造した微小構造体4において、シリカガラス3内に形成された微粒子状でなる複数の酸化チタン粒子1を、当該シリカガラス3内から分離して取り出す分離処理について以下説明する。
(2-2) Separation process for separating the titanium oxide particles formed in the silica glass from the silica glass Next, the microstructure 4 manufactured in this way is in the form of fine particles formed in the silica glass 3. A separation process for separating and taking out the plurality of titanium oxide particles 1 from the silica glass 3 will be described below.

この場合、図8に示すように、上述した製造方法により得られた微小構造体4を、水酸化カリウムをエタノールに溶解させた水酸化カリウムエタノール溶液(水酸化カリウム濃度 1mol/dm-3)(KOH/EtOH)20内に添加して、水酸化カリウムエタノール溶液20の温度を約40〜60℃に保ち、約12時間放置し、酸化チタン粒子1の表面全体を覆っているシリカガラス3を、当該酸化チタン粒子1の表面から除去する。その後、この微小構造体4を添加したエッチング溶液としての水酸化カリウムエタノール溶液20を、11000rpmで約10分間、遠心分離し、容器21a内に沈殿した沈殿物22を回収する。 In this case, as shown in FIG. 8, the microstructure 4 obtained by the above-described manufacturing method is obtained by adding a potassium hydroxide ethanol solution (potassium hydroxide concentration 1 mol / dm −3 ) in which potassium hydroxide is dissolved in ethanol ( (KOH / EtOH) 20, the temperature of the potassium hydroxide ethanol solution 20 is kept at about 40 to 60 ° C., and the silica glass 3 covering the entire surface of the titanium oxide particles 1 is left for about 12 hours. The titanium oxide particles 1 are removed from the surface. Thereafter, the potassium hydroxide ethanol solution 20 as an etching solution to which the microstructure 4 is added is centrifuged at 11000 rpm for about 10 minutes, and the precipitate 22 precipitated in the container 21a is recovered.

次いで、沈殿物22を水溶液23内に添加して分散させた後、11000rpmで約10分間、再び遠心分離して容器21b内に沈殿した沈殿物を回収し、この沈殿物を、水で2回、エタノールで1回洗浄する。   Next, the precipitate 22 is added and dispersed in the aqueous solution 23, and then centrifuged again at 11000 rpm for about 10 minutes to recover the precipitate precipitated in the container 21b. The precipitate is washed twice with water. Wash once with ethanol.

次いで、この沈殿物を、更にエタノールで洗浄2回を行った後、0.2wt%水酸化テトラメチルアンモニウム(TMAH:tetramethyl ammonium hydroxide)水溶液に分散(振とう処理10分、超音波処理3分)させ、15000rpmで10分間、遠心分離を行うことによって分級する。次いで、容器21c内に上澄み液26と分離して生成された酸化チタン粒子1を回収して分離処理を終了する。なお、このようにして得られたこれら酸化チタン粒子1は、微小構造体4の製造過程において見積った酸化チタンの含有量から理論的にその回収率を算出したところ、70%程度であった。   Subsequently, this precipitate was further washed twice with ethanol, and then dispersed in a 0.2 wt% tetramethyl ammonium hydroxide (TMAH) aqueous solution (shaking treatment 10 minutes, ultrasonic treatment 3 minutes). And classify by centrifugation at 15000 rpm for 10 minutes. Next, the titanium oxide particles 1 generated by separating from the supernatant liquid 26 in the container 21c are collected, and the separation process is completed. The titanium oxide particles 1 thus obtained were about 70% when the recovery rate was theoretically calculated from the titanium oxide content estimated in the manufacturing process of the microstructure 4.

なお、上述した実施の形態においては、エッチング溶液として、水酸化カリウムエタノール溶液20を適用した場合について述べたが、本発明はこれに限らず、要は、エッチング溶液によって酸化チタン粒子1の表面からシリカガラス3を除去できればよく、例えば水酸化ナトリウム水溶液や、水酸化テトラメチルアンモニウム水溶液、或いはこれらの混合溶液等その他種々のエッチング溶液を適用してもよい。   In the above-described embodiment, the case where the potassium hydroxide ethanol solution 20 is applied as the etching solution has been described. However, the present invention is not limited to this, and the point is that the etching solution can be used from the surface of the titanium oxide particles 1. As long as the silica glass 3 can be removed, various other etching solutions such as a sodium hydroxide aqueous solution, a tetramethylammonium hydroxide aqueous solution, or a mixed solution thereof may be applied.

例えば、エッチング溶液として水酸化ナトリウム水溶液を用いた場合には、水酸化ナトリウム水溶液(水酸化ナトリウム濃度 3 mol/dm-3)に微小構造体4を添加して、当該水酸化ナトリウム水溶液の温度を約50℃に保ち、約6時間放置することで、酸化チタン粒子1の表面全体を覆っているシリカガラス3を、当該酸化チタン粒子1の表面から除去できた。 For example, when a sodium hydroxide aqueous solution is used as the etching solution, the microstructure 4 is added to the sodium hydroxide aqueous solution (sodium hydroxide concentration 3 mol / dm -3 ), and the temperature of the sodium hydroxide aqueous solution is adjusted. The silica glass 3 covering the entire surface of the titanium oxide particles 1 could be removed from the surface of the titanium oxide particles 1 by keeping the temperature at about 50 ° C. and leaving it for about 6 hours.

また、エッチング溶液として水酸化テトラメチルアンモニウム水溶液を用いた場合には、水酸化テトラメチルアンモニウム水溶液(水酸化テトラメチルアンモニウム 1mol/dm-3)に微小構造体4を添加して、当該水酸化テトラメチルアンモニウム水溶液の温度を約70℃に保ち、約48時間放置することで、酸化チタン粒子1の表面全体を覆っているシリカガラス3を、当該酸化チタン粒子1の表面から除去できた。 When a tetramethylammonium hydroxide aqueous solution is used as an etching solution, the microstructure 4 is added to a tetramethylammonium hydroxide aqueous solution (tetramethylammonium hydroxide 1 mol / dm -3 ), and the tetrahydroxide hydroxide is added. The silica glass 3 covering the entire surface of the titanium oxide particles 1 could be removed from the surface of the titanium oxide particles 1 by maintaining the temperature of the methylammonium aqueous solution at about 70 ° C. and leaving it for about 48 hours.

(3)酸化チタン粒子の特性
上述した製造方法によって作製された本発明による酸化チタン粒子1は、次のような特性を有する。
(3) Characteristics of Titanium Oxide Particles Titanium oxide particles 1 according to the present invention produced by the manufacturing method described above have the following characteristics.

(3−1)0〜300Kの温度領域における酸化チタン粒子のX線回折(XRD)測定
0〜300Kの温度領域において、酸化チタン粒子1のXRDの測定を行った。ここで、図9は、酸化チタン粒子1のXRDパターンの解析結果であり、横軸に回折角を示し、縦軸に回折X線強度を示している。図9に示すように、XRDパターンでは、ピークの現れた箇所が、α−TiのXRDパターン(図示せず)とは異なることから、結晶構造がα−Tiではないことが確認できた。その一方で、このXRDパターンでは、その一部にHigh-pressure相と呼ばれるTiOと同じピークが現れており、High-pressure相TiOが30%程度だけ発現していることが確認できた。
(3-1) X-ray diffraction (XRD) measurement of titanium oxide particles in a temperature range of 0 to 300K In the temperature range of 0 to 300K, the XRD of the titanium oxide particles 1 was measured. Here, FIG. 9 is an analysis result of the XRD pattern of the titanium oxide particles 1, in which the horizontal axis indicates the diffraction angle and the vertical axis indicates the diffraction X-ray intensity. As shown in FIG. 9, in XRD patterns appeared point peaks, alpha-Ti from different than the 3 O 5 XRD pattern (not shown), the crystal structure is not alpha-Ti 3 O 5 Was confirmed. On the other hand, in this XRD pattern, the same peak as TiO 2 called a High-pressure phase appears in a part of the XRD pattern, and it was confirmed that the High-pressure phase TiO 2 was expressed only by about 30%.

ここで、従来結晶については、図10に示すプロット点c1のように、相転移物質であり、温度が約460Kよりも高いと、結晶構造がα−Ti(α相)になり、約460Kよりも低いと、結晶構造がβ−Ti(β相)になることが確認されている。約460Kよりも低い温度領域においてβ相となった従来結晶は、単斜晶系の結晶構造を有し、0K付近において格子欠陥によるキュリー常磁性となり僅かな磁化があるものの、460Kよりも低い温度領域において非磁性イオンになり非磁性半導体となり得る。 Here, the conventional crystal is a phase transition material as indicated by a plot point c1 shown in FIG. 10, and when the temperature is higher than about 460 K, the crystal structure becomes α-Ti 3 O 5 (α phase), When it is lower than about 460 K, it has been confirmed that the crystal structure becomes β-Ti 3 O 5 (β phase). A conventional crystal that is in a β phase in a temperature region lower than about 460K has a monoclinic crystal structure and has a Curie paramagnetism due to lattice defects near 0K and has a slight magnetization, but a temperature lower than 460K. In the region, it becomes a nonmagnetic ion and can become a nonmagnetic semiconductor.

因みに、約460Kよりも低い温度領域での従来結晶は、図11に示すように、空間群C2/mに属する結晶構造を有し、格子定数がa=9.748(1)Å、b=3.8013(4)Å、c=9.4405(7)Å、β=91.529(7)°、d=4.249g/cmからなるβ−Tiとなる。従って、本発明における酸化チタン粒子1の組成物であるλ−Tiは、結晶構造からもβ−Tiとは異なるものであることが分かる。 Incidentally, the conventional crystal in the temperature region lower than about 460 K has a crystal structure belonging to the space group C2 / m as shown in FIG. 11, and the lattice constant is a = 9.748 (1) Å, b = It becomes β-Ti 3 O 5 consisting of 3.8013 (4) Å, c = 9.4405 (7) Å, β = 91.529 (7) °, d = 4.249 g / cm 3 . Thus, λ-Ti 3 O 5 is a composition of titanium oxide particles 1 in the present invention, it can be seen is different from even a β-Ti 3 O 5 from the crystal structure.

また、約460K付近の極めて狭い温度領域における従来結晶では、α相及びβ相と異なる結晶構造体となることが確認されており、このときの結晶構造体についてXRDパターンの解析を行い、当該XRDパターンの特徴的なピークを「●」として、図9に示すと、本発明によるλ−TiのXRDパターンのピークとほぼ一致することが確認できた。このことから本発明による酸化チタン粒子1は、従来結晶において約460K付近の極めて狭い温度領域でのみ発現するλ−Tiが約0〜300Kの広い温度領域で安定して発現していることが分かる。 In addition, it has been confirmed that the conventional crystal in a very narrow temperature region near about 460 K has a crystal structure different from the α phase and the β phase, and the XRD pattern is analyzed for the crystal structure at this time. When the characteristic peak of the pattern is “●” and shown in FIG. 9, it was confirmed that it substantially coincided with the peak of the XRD pattern of λ-Ti 3 O 5 according to the present invention. From this, in the titanium oxide particles 1 according to the present invention, λ-Ti 3 O 5 that is expressed only in a very narrow temperature range around 460 K in the conventional crystal is stably expressed in a wide temperature range of about 0 to 300 K. I understand that.

(3−2)酸化チタン粒子におけるλ相及びα相の温度依存性
ここで本発明の酸化チタン粒子1は、0〜650Kの温度領域において、低い温度領域で結晶相がλ相になり、所定温度付近からα相が現れ始め、温度が上昇するに従って次第にλ相が減ってα相が増えてゆき、その後α相がλ相よりも多くなり、高い温度領域で結晶相がα相のみになる。また、酸化チタン粒子1は、加熱されてα相のみになっても、再び低い温度領域まで冷却されると、λ相が回復し、λ相及びα相が温度に依存して発現する。
(3-2) Temperature Dependence of λ Phase and α Phase in Titanium Oxide Particles Here, the titanium oxide particles 1 of the present invention have a crystal phase of λ phase at a low temperature range in a temperature range of 0 to 650 K, and a predetermined value. The α phase begins to appear from around the temperature, and as the temperature rises, the λ phase gradually decreases and the α phase increases, then the α phase becomes larger than the λ phase, and the crystal phase becomes only the α phase at a high temperature range. . Further, even if the titanium oxide particles 1 are heated to become only the α phase, when the titanium oxide particles 1 are cooled again to a low temperature region, the λ phase is recovered, and the λ phase and the α phase are expressed depending on the temperature.

(3−3)酸化チタン粒子の磁気特性
次に温度を変化させたときの酸化チタン粒子1の磁気特性について調べた。具体的にはSQUID(Superconducting Quantum Interference Device)を用いた磁束計を用いて、酸化チタン粒子1の磁化率を測定した。これにより、図10に示すプロット点c2のような結果が得られた。このような結果を含め、本発明の酸化チタン粒子1は、温度変化により結晶構造がλ相からα相に相転移することから、0〜800Kの全ての温度範囲でパウリ常磁性であり、常磁性金属の状態が保たれていることが分かった。なお、図10の検証結果では、酸化チタン粒子1が0〜600Kの全ての温度範囲でパウリ常磁性であり、常磁性金属の状態が保たれていることを確認している。
(3-3) Magnetic characteristics of titanium oxide particles Next, the magnetic characteristics of the titanium oxide particles 1 when the temperature was changed were examined. Specifically, the magnetic susceptibility of the titanium oxide particles 1 was measured using a magnetometer using a SQUID (Superconducting Quantum Interference Device). Thereby, a result like a plot point c2 shown in FIG. 10 was obtained. Including the above results, the titanium oxide particles 1 of the present invention are Pauli paramagnetic in all temperature ranges from 0 to 800 K because the crystal structure undergoes a phase transition from the λ phase to the α phase due to temperature change. It was found that the state of the magnetic metal was maintained. In the verification results of FIG. 10, it is confirmed that the titanium oxide particles 1 are Pauli paramagnetic in the entire temperature range of 0 to 600K and the state of the paramagnetic metal is maintained.

このように酸化チタン粒子1は、従来から知られているTi3+を含むバルク体とは異なり、高温から温度を下げてゆくと、460K付近において結晶構造がβ−Tiに相転移せずにλ−Tiに相転移してゆき、全ての温度領域において、α−Tiと近い常磁性金属の特性を常に維持できることが確認できた。 Thus, unlike the conventionally known bulk body containing Ti 3+ , the titanium oxide particles 1 undergo a phase transition to β-Ti 3 O 5 around 460 K when the temperature is lowered from a high temperature. Yuki and phase transition λ-Ti 3 O 5 without at all temperature ranges, was always confirmed that it is possible to maintain the α-Ti 3 O 5 and near the paramagnetic metal properties.

(3−4)酸化チタン粒子の電気伝導率
また、酸化チタン粒子1は、結晶構造がλ−Tiのとき、半導体であっても金属に近い電気抵抗率を有し、所定の温度領域で発現するα−Tiについてもλ−Tiとほぼ同じ電気抵抗率を有する。
(3-4) Electrical Conductivity of Titanium Oxide Particles Further, when the crystal structure of the titanium oxide particles 1 is λ-Ti 3 O 5 , even if it is a semiconductor, it has an electrical resistivity close to that of a metal and has a predetermined temperature Α-Ti 3 O 5 expressed in the region also has substantially the same electrical resistivity as λ-Ti 3 O 5 .

(3−5)酸化チタン粒子の圧力効果
また、本発明による酸化チタン粒子1は、圧力を加えることにより結晶構造の一部がλ相からβ相に相転移する。酸化チタン粒子1は、比較的弱い圧力でもλ相からβ相に相転移し、印加圧力を高くしてゆくと、λ相からβ相に相転移する割合が次第に高くなる。
(3-5) Pressure Effect of Titanium Oxide Particles Further, in the titanium oxide particles 1 according to the present invention, a part of the crystal structure undergoes a phase transition from the λ phase to the β phase by applying pressure. The titanium oxide particles 1 undergo a phase transition from the λ phase to the β phase even at a relatively weak pressure, and the ratio of the phase transition from the λ phase to the β phase gradually increases as the applied pressure is increased.

また、圧力が加えられて一部がβ相に相転移した酸化チタン粒子1は、熱を与えて温度を上げてゆくと、所定の温度領域でλ相とβ相とがα相に相転移する。さらに、このようにα相に相転移した酸化チタン粒子1は、冷却されて温度が再び下がると、再びλ相に相転移する。すなわち、本発明による酸化チタン粒子1は、圧力を加えることにより結晶構造をλ相からβ相に相転移させることができると共に、温度変化によって結晶構造をβ相からα相、さらにはα相から再びλ相に相転移させることができる。   In addition, when the titanium oxide particles 1 partly transformed into the β phase by applying pressure are heated to increase the temperature, the λ phase and the β phase change into the α phase in a predetermined temperature range. To do. Furthermore, when the titanium oxide particles 1 thus phase-transformed into the α phase are cooled and the temperature is lowered again, the titanium oxide particles 1 are again transformed into the λ phase. That is, the titanium oxide particles 1 according to the present invention can change the crystal structure from the λ phase to the β phase by applying pressure, and the crystal structure can be changed from the β phase to the α phase and further from the α phase by temperature change. The phase can be changed again to the λ phase.

(3−6)酸化チタン粒子の光照射効果
複数の酸化チタン粒子1からなる粉末試料(以下、これをλ−Ti粉末試料と呼ぶ)に対して所定の圧力を加えて、図12(A)に示すような円盤状のペレットサンプル30を作製した。そして、パスルレーザ光の単位面積当たりのエネルギーを変えて532nmのパルスレーザー光を、ペレットサンプル30に対してそれぞれ照射し、各パルスレーザー光を照射した箇所について観察したところ、図12(B)に示すような結果が得られた。
(3-6) Light Irradiation Effect of Titanium Oxide Particles A predetermined pressure is applied to a powder sample composed of a plurality of titanium oxide particles 1 (hereinafter referred to as λ-Ti 3 O 5 powder sample). A disk-shaped pellet sample 30 as shown in FIG. Then, when the energy per unit area of the pulse laser beam is changed and the pulse laser beam of 532 nm is irradiated to the pellet sample 30 and the portions irradiated with the pulse laser beam are observed, it is shown in FIG. The result was obtained.

そして、パルスレーザー光を照射する前のペレットサンプルと、パルスレーザー光を照射した後のペレットサンプルとについて外観を比較した。図12(B)に示すように、単位面積当たりのエネルギーがそれぞれ5.3×10−6、1.6×10−5、3.7×10−5、5.3×10−5mJ/μmのとき、各パルスレーザー光の照射箇所ER1´,ER2´,ER3´,ER4´が黒色から茶色に変色することが確認できた。なお、この茶色となった照射箇所ER1´,ER2´,ER3´,ER4´はβ−Tiであった。 And the external appearance was compared about the pellet sample before irradiating a pulse laser beam, and the pellet sample after irradiating a pulse laser beam. As shown in FIG. 12B, the energy per unit area is 5.3 × 10 −6 , 1.6 × 10 −5 , 3.7 × 10 −5 , 5.3 × 10 −5 mJ /, respectively. When μm 2 , it was confirmed that the irradiation locations ER1 ′, ER2 ′, ER3 ′, and ER4 ′ of each pulsed laser beam changed from black to brown. The irradiated spots ER1 ′, ER2 ′, ER3 ′, and ER4 ′ that turned brown were β-Ti 3 O 5 .

次に、パルスレーザー光の照射する前のペレットサンプル30と、パルスレーザー光の照射した後のペレットサンプル30とに対して、紫外光から近赤外光(波長300〜1500nm)を照射し、各波長におけるペレットサンプル30の反射率を測定した。そして、これら反射率をクベルカ・ムンク(Kubelka-Munk)の式に適用してKM値を計算し、パルスレーザー光の照射前後におけるペレットサンプル30の反射スペクトルの変化を検証したところ、図13に示すような結果が得られた。図13では、縦軸をKM値(図中「KM factor/a.u」と示す)とし、横軸を波長(図中「Wavelength/nm」と示す)としている。図13から、上側線は、紫外から赤外の波長領域にわたり吸収を持ち、常磁性金属的挙動を示すλ-Tiであることが確認できた。一方、下側線は、反磁性半導体であるβ-Tiと一致としていることが確認できた。 Next, the pellet sample 30 before being irradiated with the pulse laser beam and the pellet sample 30 after being irradiated with the pulse laser beam are irradiated with near-infrared light (wavelength 300 to 1500 nm) from ultraviolet light. The reflectance of the pellet sample 30 at the wavelength was measured. Then, the reflectance is applied to the Kubelka-Munk equation to calculate the KM value, and the change in the reflection spectrum of the pellet sample 30 before and after irradiation with the pulsed laser beam is verified. The result was obtained. In FIG. 13, the vertical axis represents the KM value (shown as “KM factor / au” in the figure), and the horizontal axis represents the wavelength (shown as “Wavelength / nm” in the figure). From FIG. 13, it was confirmed that the upper line is λ-Ti 3 O 5 having absorption over the wavelength region from ultraviolet to infrared and exhibiting a paramagnetic metallic behavior. On the other hand, it was confirmed that the lower line was consistent with β-Ti 3 O 5 which is a diamagnetic semiconductor.

すなわち、ペレットサンプル30は、パルスレーザー光を照射されることにより、λ−Tiからβ−Tiに変化しており、光誘起相転移することが確認できた。このように本発明による酸化チタン粒子1は、室温でλ相からβ相に光誘起相転移するという特性を有することが確認できた。 That is, the pellet sample 30 was changed from λ-Ti 3 O 5 to β-Ti 3 O 5 when irradiated with pulsed laser light, and it was confirmed that the photo-induced phase transition occurred. As described above, it was confirmed that the titanium oxide particles 1 according to the present invention have a characteristic of undergoing a photoinduced phase transition from the λ phase to the β phase at room temperature.

(4)動作及び効果
以上の構成において、逆ミセル法に従って、塩化チタンを含む水相6を油相中に有する原料ミセル溶液を作製すると共に、アンモニアを含んだ水相7を油相中に有する中和剤ミセル溶液を作製し、これら原料ミセル溶液と中和剤ミセル溶液とを混合することにより、Ti(OH)からなる水酸化チタン化合物粒子10を生成する。
(4) Operation and effect In the above configuration, according to the reverse micelle method, a raw micelle solution having an aqueous phase 6 containing titanium chloride in the oil phase is prepared, and an aqueous phase 7 containing ammonia is contained in the oil phase. A neutralizer micelle solution is prepared, and the raw material micelle solution and the neutralizer micelle solution are mixed to produce titanium hydroxide compound particles 10 made of Ti (OH) 4 .

また、ゾルーゲル法に従って、混合溶液に対しシラン化合物の溶液を適宜添加することにより、シリカ被覆水酸化チタン化合物粒子12を作製し、このシリカ被覆水酸化チタン化合物粒子12を混合溶液から分離した後、洗浄及び乾燥させ、所定温度で焼成処理することで、粒径がほぼ揃った微粒子状でなる複数の酸化チタン粒子1がシリカガラス3内に形成された微小構造体4を製造できる。   Further, according to the sol-gel method, by appropriately adding a solution of the silane compound to the mixed solution, the silica-coated titanium hydroxide compound particles 12 were prepared, and after separating the silica-coated titanium hydroxide compound particles 12 from the mixed solution, By washing and drying and firing at a predetermined temperature, a microstructure 4 in which a plurality of titanium oxide particles 1 in the form of fine particles having a substantially uniform particle size are formed in silica glass 3 can be produced.

これに加えて、本発明の製造方法では、このような微小構造体4を水酸化カリウムエタノール溶液20内に添加し、水酸化カリウムエタノール溶液20の温度を約50℃に保って約24時間放置する。或いは、水酸化カリウムエタノール溶液20に替えて、微小構造体4を添加した水酸化ナトリウム水溶液を約50℃に保って約6時間放置する。また、水酸化カリウムエタノール溶液20に替えて、微小構造体4を添加した水酸化テトラメチルアンモニウム水溶液を約70℃に保って約48時間放置する。   In addition, in the manufacturing method of the present invention, such a microstructure 4 is added to the potassium hydroxide ethanol solution 20, and the temperature of the potassium hydroxide ethanol solution 20 is kept at about 50 ° C. for about 24 hours. To do. Alternatively, in place of the potassium hydroxide ethanol solution 20, the aqueous sodium hydroxide solution to which the microstructure 4 is added is kept at about 50 ° C. and left for about 6 hours. Further, instead of the potassium hydroxide ethanol solution 20, the tetramethylammonium hydroxide aqueous solution to which the microstructure 4 is added is kept at about 70 ° C. and left for about 48 hours.

これにより、この製造方法では、酸化チタン粒子1の表面全体を覆っていたシリカガラス3を、当該酸化チタン粒子1の表面から除去することができ、シリカガラス3内から酸化チタン粒子1を分離して取り出すことができる。従って、本発明では、各表面がシリカガラス3に覆われることなく外部に露出し、かつ粒径が比較的小さく一定に揃った微粒子状でなる複数の酸化チタン粒子1を作製できる。   Thereby, in this manufacturing method, the silica glass 3 which covered the whole surface of the titanium oxide particle 1 can be removed from the surface of the said titanium oxide particle 1, and the titanium oxide particle 1 is isolate | separated from the silica glass 3 inside. Can be taken out. Therefore, in the present invention, it is possible to produce a plurality of titanium oxide particles 1 in the form of fine particles whose surfaces are exposed to the outside without being covered with silica glass 3 and whose particle sizes are relatively small and uniform.

また、この製造方法では、その製造過程において、混合溶液内で水酸化チタン化合物粒子10の表面がシリカ5により覆われることから、当該シリカ5により水酸化チタン化合物粒子10の粒径が小さく形成され、かつ水酸化チタン化合物粒子10の表面に凹凸が少なく均一で滑らかな表面となる。これにより、この製造方法では、水酸化チタン化合物粒子10がこの状態のまま焼成され、水酸化チタン化合物粒子10から酸化チタン粒子1が形成されることから、当該酸化チタン粒子1も粒径が小さく、かつ表面に凹凸が少なく均一で滑らかな表面に形成できる。従って、この製造方法では、酸化チタン粒子1の表面からシリカガラスを除去することにより、粒径が小さく、かつ表面が均一で滑らかなTi粒子本体2からなる酸化チタン粒子1を生成できる。 Further, in this manufacturing method, since the surface of the titanium hydroxide compound particles 10 is covered with the silica 5 in the mixed solution during the manufacturing process, the silica 5 forms a small particle size of the titanium hydroxide compound particles 10. In addition, the surface of the titanium hydroxide compound particle 10 has a uniform and smooth surface with little unevenness. Thereby, in this manufacturing method, since the titanium hydroxide compound particles 10 are fired in this state, and the titanium oxide particles 1 are formed from the titanium hydroxide compound particles 10, the titanium oxide particles 1 also have a small particle size. In addition, the surface can be formed on a uniform and smooth surface with little unevenness. Therefore, in this manufacturing method, by removing the silica glass from the surface of the titanium oxide particles 1, it is possible to generate the titanium oxide particles 1 composed of the Ti 3 O 5 particle body 2 having a small particle size and a uniform and smooth surface. .

そして、このような製造方法によって作製された酸化チタン粒子1は、低温域でλ相となると共に、高温域でα相となり、さらに高温から温度を下げていった場合に460K以下になっても従来結晶のように非磁性半導体の特性を有するβ相には相転移せずに、常磁性金属の状態が保たれた単斜晶系の結晶相であるλ相に相転移してゆく。かくして、本発明による酸化チタン粒子1では、460K以下の低温域でも常磁性金属の特性を常に維持することができる。   And the titanium oxide particle 1 produced by such a manufacturing method becomes a λ phase in a low temperature region, an α phase in a high temperature region, and even if the temperature is lowered from a high temperature, even if the temperature becomes 460 K or less. Instead of transitioning to a β phase having the characteristics of a nonmagnetic semiconductor as in a conventional crystal, the phase transitions to a λ phase, which is a monoclinic crystal phase in which a paramagnetic metal state is maintained. Thus, the titanium oxide particles 1 according to the present invention can always maintain the characteristics of the paramagnetic metal even in a low temperature range of 460 K or less.

このように、本発明では、温度が約460K付近において非磁性半導体と常磁性金属とに相転移する従来におけるバルク体とは異なり、0〜800Kの全ての温度領域において、Tiの組成が常磁性金属の特性を常に維持できるという従来にない新規な物性を発現し得る酸化チタン粒子1を提供できる。 Thus, in the present invention, the composition of Ti 3 O 5 in all temperature ranges from 0 to 800 K, unlike the conventional bulk body in which the phase transitions to a nonmagnetic semiconductor and a paramagnetic metal at a temperature of about 460 K. However, it is possible to provide the titanium oxide particles 1 capable of exhibiting an unprecedented new physical property that can always maintain the characteristics of the paramagnetic metal.

このような酸化チタン粒子1は、室温において圧力が加えられることにより、λ−Tiの結晶構造を、β−Tiの結晶構造に相転移させることができる。また、この酸化チタン粒子1は、印加圧力を高くしてゆくと、λ相からβ相に相転移する割合が次第に高くなることから、印加圧力を調整することによりλ相とβ相との割合を調整することができる。さらに、この酸化チタン粒子1では、圧力が加えられてβ相に相転移した場合であっても、熱を与えてゆくことにより、所定温度領域でβ相と残りのλ相とをα相に相転移させることができる。さらに加えて、この酸化チタン粒子1では、温度を上げてα相に相転移させた場合であっても、冷却されて温度を下げることにより、α相を再びλ相に相転移させることができる。 Such titanium oxide particles 1 are capable of phase transition of the crystal structure of λ-Ti 3 O 5 to the crystal structure of β-Ti 3 O 5 by applying pressure at room temperature. In addition, since the ratio of phase transition from the λ phase to the β phase gradually increases as the applied pressure is increased, the titanium oxide particles 1 have a ratio between the λ phase and the β phase by adjusting the applied pressure. Can be adjusted. Further, in this titanium oxide particle 1, even when pressure is applied and the phase transitions to the β phase, by applying heat, the β phase and the remaining λ phase are changed to the α phase in a predetermined temperature range. Phase transition can be performed. In addition, in this titanium oxide particle 1, even when the temperature is increased and the phase is changed to the α phase, the α phase can be changed again to the λ phase by cooling and lowering the temperature. .

また、酸化チタン粒子1では、室温においてパルスレーザー光を照射することにより、λ−Tiの結晶構造を、β−Tiからなる結晶構造に相転移させることができる。また、この場合であっても酸化チタン粒子1では、熱を加えて温度を上げてゆくことにより、約460K以上の温度領域でλ相とβ相とをα相に相転移させることができると共に、冷却されて温度を下げることにより、α相を再びλ相に相転移させることができる。 In addition, in the titanium oxide particles 1, the crystal structure of λ-Ti 3 O 5 can be phase-transformed to a crystal structure composed of β-Ti 3 O 5 by irradiating pulsed laser light at room temperature. Even in this case, the titanium oxide particles 1 can change the λ phase and the β phase to the α phase in a temperature range of about 460 K or more by increasing the temperature by applying heat. By cooling and lowering the temperature, the α phase can be changed to the λ phase again.

また、この酸化チタン粒子1は、安全性の高いTiのみから構成することができると共に、安価なTiのみから形成されていることから全体として材料費の低価格化を図ることができる。   In addition, the titanium oxide particles 1 can be composed only of Ti having high safety, and since it is formed only from inexpensive Ti, the material cost can be reduced as a whole.

(5)酸化チタン粒子の用途
このような酸化チタン粒子1は、当該酸化チタン粒子1の有する光特性や電気伝導特性、磁性特性を基に、以下のような用途に利用することができる。本発明による酸化チタン粒子1は、図14に示すように、温度が約460Kよりも低いとき、常磁性金属の特性を有するλ相の結晶構造を有しており、例えば光や圧力、電磁、磁場等による外部刺激を与えることで、非磁性半導体の特性を有するβ相に結晶構造を変化させ、磁気特性を可変させることができる。
(5) Use of Titanium Oxide Particles Such titanium oxide particles 1 can be used for the following uses based on the optical characteristics, electrical conduction characteristics, and magnetic characteristics of the titanium oxide particles 1. As shown in FIG. 14, the titanium oxide particles 1 according to the present invention have a λ-phase crystal structure having the characteristics of a paramagnetic metal when the temperature is lower than about 460 K. For example, light, pressure, electromagnetic, By applying an external stimulus such as a magnetic field, the crystal structure can be changed to a β phase having the characteristics of a nonmagnetic semiconductor, and the magnetic characteristics can be varied.

ここで、図14においては、横軸を温度とし、縦軸を磁化率、電気伝導度又は反射率のいずれかとしている。本発明における酸化チタン粒子1では、低温域から高温域まで常磁性金属を維持することから、低温域から高温域まで磁化率、電気伝導度及び反射率が比較的高く保たれている。これに対して外部刺激によって結晶構造が変化したβ相では、非磁性半導体の特性を有することから、α相やλ相と比べて磁化率、電気伝導度及び反射率が低くなっている。このように、この酸化チタン粒子1では、外部刺激を与えることにより、磁化率、電気伝導度及び反射率を変化させることができる。   Here, in FIG. 14, the horizontal axis represents temperature, and the vertical axis represents any one of magnetic susceptibility, electrical conductivity, or reflectance. In the titanium oxide particles 1 in the present invention, the paramagnetic metal is maintained from the low temperature range to the high temperature range, so that the magnetic susceptibility, electrical conductivity, and reflectivity are kept relatively high from the low temperature range to the high temperature range. On the other hand, the β phase whose crystal structure has been changed by an external stimulus has the characteristics of a nonmagnetic semiconductor, and therefore has lower magnetic susceptibility, electrical conductivity, and reflectance than the α phase and λ phase. Thus, in this titanium oxide particle 1, the magnetic susceptibility, electrical conductivity, and reflectance can be changed by giving an external stimulus.

また、この酸化チタン粒子1は、外部刺激が与えられることでβ相に変化しても、温度を上げることにより、常磁性金属の特性を有するα相の結晶構造に変化し、その後に温度を低くしてゆくと、α相の結晶構造を再びλ相に変化させることができる。このように酸化チタン粒子1は、外部刺激によって結晶構造をλ相からβ相に相転移させることができると共に、温度変化によってβ相からα相、α相から再びλ相に相転移させることができるという特性を有しており、このような特性を用いて光スイッチングや、磁気メモリ、電荷蓄積型メモリ、光情報記録媒体等に利用することができる。   In addition, even if the titanium oxide particles 1 are changed to the β phase by being applied with an external stimulus, the titanium oxide particles 1 are changed to an α phase crystal structure having the characteristics of a paramagnetic metal by raising the temperature. As the value is lowered, the crystal structure of the α phase can be changed again to the λ phase. Thus, the titanium oxide particles 1 can change the crystal structure from the λ phase to the β phase by an external stimulus, and can change the phase from the β phase to the α phase and from the α phase to the λ phase again by temperature change. It can be used for optical switching, a magnetic memory, a charge storage memory, an optical information recording medium, and the like using such a characteristic.

特に、本発明による酸化チタン粒子1では、その表面に凹凸が少なく、かつその粒径が小さく、例えば約8〜14nm程度の一定の大きさにほぼ揃うように予め形成できることから、磁気メモリや、電荷蓄積型メモリ、光情報記録媒体等において記録層として膜状に成膜させた際に、その粒径が小さく微粒子状であり、かつ表面に凹凸が少ない分だけ、記録面の凹凸を少なくし、記録層の膜厚の均一化や、記録面の平坦化を容易に図ることができる。   In particular, in the titanium oxide particles 1 according to the present invention, since the surface thereof has less irregularities and the particle size is small, for example, it can be formed in advance so as to be approximately aligned with a certain size of about 8 to 14 nm, a magnetic memory, When a film is formed as a recording layer in a charge storage type memory, an optical information recording medium, etc., the unevenness of the recording surface is reduced by the amount that the particle size is small and fine and the surface has less unevenness. Therefore, it is possible to easily make the thickness of the recording layer uniform and flatten the recording surface.

また、本発明による酸化チタン粒子1を用いた光情報記録媒体では、例えばブルーレイディスクに用いられているゲルマニウムやアンチモン、テルル等の物質を用いずに、酸化チタンを用いることから有毒性も低く、かつコスト低減も図ることもできる。このような光情報記録媒体については後において詳述する。   In addition, in the optical information recording medium using the titanium oxide particles 1 according to the present invention, for example, titanium oxide is used without using materials such as germanium, antimony, and tellurium used in Blu-ray discs, so that the toxicity is low. In addition, the cost can be reduced. Such an optical information recording medium will be described in detail later.

さらに、具体的には、室温において酸化チタン粒子1に所定の光による外部刺激を与え、当該外部刺激により常磁性金属であるλ相から非磁性半導体であるβ相に結晶構造を変化させるという特性を用いて、光スイッチングに利用することができる。   More specifically, the titanium oxide particles 1 are externally stimulated with predetermined light at room temperature, and the crystal structure is changed from the λ phase, which is a paramagnetic metal, to the β phase, which is a nonmagnetic semiconductor, by the external stimulation. Can be used for optical switching.

また、酸化チタン粒子1は、室温において光や圧力、電磁、磁場による外部刺激を与え、当該外部刺激により常磁性金属であるλ相から非磁性半導体であるβ相に結晶構造を変化させるという特性を用いて、磁気メモリに利用することができる。   Further, the titanium oxide particles 1 are subjected to external stimulation by light, pressure, electromagnetic, or magnetic field at room temperature, and change the crystal structure from the λ phase that is a paramagnetic metal to the β phase that is a nonmagnetic semiconductor by the external stimulation. Can be used for a magnetic memory.

実際上、このような磁気メモリとして利用する場合には、酸化チタン粒子1を磁性材料として用い、この磁性材料を支持体に固定した磁性層を形成する。磁気メモリは、光や圧力、電場、磁場による外部刺激が与えられると、当該外部刺激により常磁性金属であるλ−Tiから非磁性半導体であるβ−Tiに結晶構造を変化させることにより、磁性特性を変化させ、これを基に情報を記録し得るようになされている。これにより磁気メモリでは、例えば磁性層に照射されるレーザー光の反射率の変化から、記憶された情報を読み出せ得る。かくして、酸化チタン粒子1を磁性材料として用いた磁気メモリを提供できる。 In practice, when used as such a magnetic memory, the titanium oxide particles 1 are used as a magnetic material, and a magnetic layer in which this magnetic material is fixed to a support is formed. When an external stimulus by light, pressure, electric field, or magnetic field is applied to the magnetic memory, the crystal structure is changed from λ-Ti 3 O 5 that is a paramagnetic metal to β-Ti 3 O 5 that is a nonmagnetic semiconductor by the external stimulus. By changing the magnetic characteristics, the magnetic characteristics are changed, and information can be recorded based on the magnetic characteristics. Thereby, in the magnetic memory, stored information can be read from, for example, a change in the reflectance of the laser light applied to the magnetic layer. Thus, a magnetic memory using the titanium oxide particles 1 as a magnetic material can be provided.

また、このような電気伝導特性を有する酸化チタン粒子1を絶縁体中に分散させた場合には、これら酸化チタン粒子1によりホッピング伝導やトンネル伝導によって電荷を移動させることができる。従って、酸化チタン粒子1は、例えば、フラッシュメモリー等の電荷蓄積型メモリのフローティングゲートのような電荷蓄積層に用いることができる。かくして、酸化チタン粒子1を電荷蓄積材料とした電荷蓄積層を用いた電荷蓄積型メモリを提供できる。   Further, when the titanium oxide particles 1 having such electric conduction characteristics are dispersed in the insulator, the electric charges can be moved by hopping conduction or tunnel conduction by the titanium oxide particles 1. Therefore, the titanium oxide particles 1 can be used for a charge storage layer such as a floating gate of a charge storage type memory such as a flash memory. Thus, a charge storage type memory using a charge storage layer using the titanium oxide particles 1 as a charge storage material can be provided.

さらに、酸化チタン粒子1は、自身に磁性特性と電気伝導特性とを有することから、新規な磁気電気(ME)効果があり、これらME効果を用いる技術に利用することができる。また、酸化チタン粒子1は、光特性と電気伝導特性とのカップリングにより、過渡光電流による高速スイッチングにも利用することができる。   Furthermore, since the titanium oxide particles 1 have magnetic properties and electrical conduction properties, the titanium oxide particles 1 have a novel magnetoelectric (ME) effect and can be used in a technique using these ME effects. The titanium oxide particles 1 can also be used for high-speed switching due to transient photocurrent due to coupling between optical characteristics and electrical conduction characteristics.

(6)微小構造体の光誘起相転移現象
次に、上述した「(3−6)酸化チタン粒子の光照射効果」について、さらに詳しく説明する。ここでは、λ相の結晶構造を有する酸化チタン粒子1からなる試料に対し、所定の光を照射する。光により所定の光強度を与えた箇所は、変色してβ相となる。
(6) Photoinduced Phase Transition Phenomenon of Microstructure Next, “(3-6) Light irradiation effect of titanium oxide particles” described above will be described in more detail. Here, a predetermined light is applied to a sample made of titanium oxide particles 1 having a λ-phase crystal structure. A portion given a predetermined light intensity by light is discolored to become a β phase.

次いで、このβ相となった試料に対し、再び所定の光を照射すると、当該光を照射した照射箇所は、β相からλ相となる。次いで、再びこの試料に対し、所定の光を照射すると、当該光を照射した照射箇所は、λ相から再びβ相に戻る。このように酸化チタン粒子1は、光が照射されるたびに、λ相からβ相、及びβ相からλ相に繰り返し相転移する。   Next, when the sample that has become the β phase is irradiated again with predetermined light, the irradiated portion from which the light is irradiated changes from the β phase to the λ phase. Next, when the sample is again irradiated with predetermined light, the irradiated portion where the light is irradiated returns from the λ phase to the β phase again. As described above, the titanium oxide particles 1 repeatedly undergo phase transition from the λ phase to the β phase and from the β phase to the λ phase each time light is irradiated.

(7)酸化チタン粒子の熱力学的解析
ここでは、λ−Tiの生成機構を理解するために、ギブスの自由エネルギー対電荷非局在ユニットの割合(x)を、平均場理論モデルのSlichter and Drickamerモデルを用いて計算した。
(7) Thermodynamic Analysis of Titanium Oxide Particles Here, in order to understand the formation mechanism of λ-Ti 3 O 5 , the ratio (x) of Gibbs free energy to charge delocalized units is expressed as a mean field theoretical model. It was calculated using the Slichter and Drickamer model.

ここでは、図15に示すように、約460Kより低いときに結晶構造がβ−Ti(β相)となる従来結晶(Ti単結晶)において、β相とα相(半導体と金属)との1次の相転移を、電荷局在系(図15中、単に局在系と示す)と電荷非局在相系(図15中、単に非局在系と示す)との相転移であるとみなした。それに従い、電荷局在ユニット(Ti3+Ti4+Ti3+O5)と電荷非局在ユニット((Ti)3・1/3O5)との割合(x)を秩序パラメータと考えた。ここで、β相とα相の相転移におけるギブスの自由エネルギーGは、以下の数1のように記述される。 Here, as shown in FIG. 15, in a conventional crystal (Ti 3 O 5 single crystal) in which the crystal structure is β-Ti 3 O 5 (β phase) when it is lower than about 460 K, the β phase and the α phase (semiconductor First-order phase transition between the charge local system (simply shown as a localized system in FIG. 15) and the charge delocalized phase system (simply shown as a non-localized system in FIG. 15). Considered a phase transition. Accordingly, the ratio (x) of charge localized units (Ti 3+ Ti 4+ Ti 3+ O 5 ) and charge delocalized units ((Ti) 3 · 1/3 O 5 ) was considered as an order parameter. . Here, the Gibbs free energy G in the phase transition between the β phase and the α phase is described as the following equation (1).

なお、この場合、β相(電荷局在系)のギブスの自由エネルギーGをエネルギーの基準に取り、xは電荷非局在ユニットの割合、△Hは転移エンタルピー、△Sは転移エントロピー、Rは気体定数、γは相互作用パラメータ、Tは温度である。   In this case, the Gibbs free energy G of the β phase (charge localized system) is taken as the energy standard, x is the proportion of charge delocalized units, ΔH is the transition enthalpy, ΔS is the transition entropy, and R is Gas constant, γ is an interaction parameter, and T is temperature.

α相とβ相の転移エンタルピー△Hはほぼ13kJ mol-1、転移エントロピー△Sはほぼ29J K-1mol-1であると報告されている。次いで、これらの値を用いてギブスの自由エネルギーGを計算し、ギブスの自由エネルギーGと、電荷非局在ユニットの割合xと、温度との関係を調べたところ、図16(A)及び(B)に示すような関係が確認できた。 It has been reported that the transition enthalpy ΔH of α and β phases is approximately 13 kJ mol −1 and the transition entropy ΔS is approximately 29 J K −1 mol −1 . Next, the Gibbs free energy G was calculated using these values, and the relationship between the Gibbs free energy G, the ratio x of charge delocalized units, and the temperature was examined. As shown in FIGS. The relationship as shown in B) was confirmed.

ところでこれとは対照的に、λ−Tiのギブスの自由エネルギーGと、電荷非局在ユニットの割合xのプロットを計算するには、ナノサイズのλ−Tiの理解が必要である。ここでは、ナノサイズのλ−Tiにおける転移エンタルピー△H:5kJ mol-1と転移エントロピー△S11J K-1mol-1を用いる。 By contrast, to calculate a plot of the Gibbs free energy G of λ-Ti 3 O 5 and the proportion x of charge delocalized units, an understanding of nano-sized λ-Ti 3 O 5 is necessary. is necessary. Here, transition enthalpy ΔH: 5 kJ mol −1 and transition entropy ΔS 11 J K −1 mol −1 in nano-sized λ-Ti 3 O 5 are used.

次に、これらの値を用いて上述した数1によりギブスの自由エネルギーGを計算し、このギブスの自由エネルギーGと、電荷非局在ユニットの割合xと、温度との関係を調べたところ、図17(A)及び(B)に示すような関係が確認できた。ここで図17(B)からλ−Tiでは、全温度領域でエネルギー障壁が電荷局在系(主にβ相)と電荷非局在系(主にα相とλ相)との間に存在することが確認できた。このエネルギー障壁の存在により、λ−Tiは、α相に転移後、温度を下げた後もβ相に転移しないという、ナノ結晶であるλ−Tiの温度依存性を良く説明することができる。このエネルギー障壁を越えてλ相からβ相へ転移、β相からα相へ転移するためには、図18に示すように、パルス光やCW光等の外部刺激が必要になる。また図17(A)及び(B)からは、熱平衡状態において460K以下でβ相が真の安定相になることが分かる。 Next, using these values, the Gibbs free energy G is calculated according to the above-described equation 1, and the relationship between the Gibbs free energy G, the charge delocalized unit ratio x, and the temperature is examined. The relationship as shown in FIGS. 17A and 17B was confirmed. Here, from FIG. 17 (B), in λ-Ti 3 O 5 , the energy barrier between the charge localized system (mainly β phase) and the charge delocalized system (mainly α phase and λ phase) in the entire temperature range. It was confirmed that it existed between. Due to the existence of this energy barrier, λ-Ti 3 O 5 has improved temperature dependence of λ-Ti 3 O 5 , which is a nanocrystal, after transitioning to α phase and not transitioning to β phase even after the temperature is lowered. Can be explained. In order to transition from the λ phase to the β phase and from the β phase to the α phase across this energy barrier, an external stimulus such as pulse light or CW light is required as shown in FIG. 17A and 17B show that the β phase becomes a true stable phase at 460 K or less in the thermal equilibrium state.

このような熱力学的解析を基にして、今回の光誘起相転移が、532nmのパルスレーザー光の照射によって、一見安定なλ相から真に安定なβ相への相崩壊によって引き起こされたと考えることができる。ここで、λ相の光学吸収は金属吸収であることから、紫外光から近赤外光(355〜1064nmのレーザー光)がこの金属−半導体転移に有効であることが分かる。   Based on such thermodynamic analysis, it is considered that this photo-induced phase transition was caused by phase collapse from a seemingly stable λ phase to a truly stable β phase by irradiation with a pulsed laser beam of 532 nm. be able to. Here, since the optical absorption of the λ phase is metal absorption, it is understood that ultraviolet light to near infrared light (laser light of 355 to 1064 nm) is effective for this metal-semiconductor transition.

一方、α相からλ相への戻り反応は、光-熱過程によると考えられる。β相からλ相への光誘起逆相転移は、β相のバンドギャップにおいて、Tiのd軌道から、他のTiのd軌道への励起によって引き起こされ、その後、直接λ相に転移するか、熱的にα相へと加熱された後λ相へと急冷されることが分かった。   On the other hand, the return reaction from the α phase to the λ phase is considered to be due to the photo-thermal process. The photo-induced reverse phase transition from β phase to λ phase is caused by excitation from Ti d orbitals to other Ti d orbitals in the β phase band gap, and then transitions directly to λ phase, It was found that after being heated to α phase thermally, it was rapidly cooled to λ phase.

(8)酸化チタン粒子を記録層に用いた光情報記録媒体
粒径が小さく表面に凹凸の少ない本発明による酸化チタン粒子1は、図19に示すように、パルス光によって結晶構造をλ相からβ相に相転移させることができると共に、光によってβ相からα相に相転移させ、温度が低下することでα相から再びλ相に相転移させることができるという特徴を有している。このことから酸化チタン粒子1は、例えばCD(Compact Disc)、DVD(Digital Versatile Disc)及びBlu-ray Disc(登録商標、以下BDと呼ぶ)等の光情報記録媒体の記録層に用いることができる。この場合、光情報記録媒体は、記録層の初期化、記録層に対する情報の記録、及び記録層からの情報の再生といった3段階を実行し得るようになされている。
(8) Optical Information Recording Medium Using Titanium Oxide Particles as Recording Layer Titanium oxide particles 1 according to the present invention having a small particle size and few irregularities on the surface are crystallized from λ phase by pulsed light as shown in FIG. In addition to being able to make a phase transition to the β phase, the phase transition from the β phase to the α phase can be performed by light, and the phase can be changed again from the α phase to the λ phase as the temperature decreases. Accordingly, the titanium oxide particles 1 can be used for a recording layer of an optical information recording medium such as a CD (Compact Disc), a DVD (Digital Versatile Disc), and a Blu-ray Disc (registered trademark, hereinafter referred to as BD). . In this case, the optical information recording medium can perform three steps, ie, initialization of the recording layer, recording of information on the recording layer, and reproduction of information from the recording layer.

(8−1)光情報記録媒体の初期化
光情報記録媒体は、情報を記録する前準備として、当該光情報記録媒体全体又はその一部を初期化する。この場合、光情報記録媒体には、光情報記録再生装置の初期化光源から初期化光を記録層の片面側から照射することにより、記録層の初期化を行う。このとき初期化光は、初期化光照射前の照射部分がβ相又はλ相のいずれかであってもα相に転移するのに十分なエネルギーを有する。記録層では、初期化光が照射された部分においてβ相からα相、さらにα相からλ相に相転移させると共に、λ相からα相、さらにα相からλ相に相転移させ、初期化光が照射された部分を全てλ相とすることで、反射率を一様にする。
(8-1) Initialization of Optical Information Recording Medium The optical information recording medium initializes the entire optical information recording medium or a part thereof as a preparation for recording information. In this case, the recording layer is initialized by irradiating the optical information recording medium from one side of the recording layer with the initialization light from the initialization light source of the optical information recording / reproducing apparatus. At this time, the initialization light has sufficient energy to transition to the α phase even if the irradiated portion before the initialization light irradiation is either the β phase or the λ phase. In the recording layer, the phase is changed from the β phase to the α phase, further from the α phase to the λ phase, and from the λ phase to the α phase, and further from the α phase to the λ phase. By making all the portions irradiated with light into λ phases, the reflectance is made uniform.

すなわち光情報記録媒体は、例えば光を照射したときの戻り光の反射率と符号「0」又は「1」とを対応付ける場合、この段階では光情報記録媒体のいずれの箇所においても一様の符号「0」(又は符号「1」)となるため、情報が一切記録されていないことになる。   That is, in the optical information recording medium, for example, when the reflectance of the return light when irradiated with light and the code “0” or “1” are associated with each other, at this stage, a uniform code is obtained at any location of the optical information recording medium. Since it is “0” (or code “1”), no information is recorded.

(8−2)情報の記録
光情報記録媒体に情報を記録する際には、光情報記録再生装置によって所定の光強度からなる記録用の記録光が記録層内に集光される。光情報記録媒体では、記録光が照射されることにより、目標位置を中心とした局所的な範囲で酸化チタン粒子1の結晶構造が変化してλ相からβ相に相転移し、記録光の焦点近傍(β相)と、その周囲(λ相)との屈折率が異なることとなる。この結果、光情報記録媒体の記録層には酸化チタン粒子1がλ相からβ相に相転移してなる記録マークが形成される。
(8-2) Recording of information When information is recorded on the optical information recording medium, recording light having a predetermined light intensity is condensed in the recording layer by the optical information recording / reproducing apparatus. In the optical information recording medium, when the recording light is irradiated, the crystal structure of the titanium oxide particles 1 changes in a local range centering on the target position, and the phase transition from the λ phase to the β phase occurs. The refractive index in the vicinity of the focal point (β phase) and its surroundings (λ phase) will be different. As a result, a recording mark formed by phase transition of the titanium oxide particles 1 from the λ phase to the β phase is formed on the recording layer of the optical information recording medium.

(8−3)情報の再生
光情報記録媒体に記録された情報を読み出す際には、光情報記録再生装置から所定の光強度でなる読出用の読出光が記録層内に集光される。光情報記録媒体は、記録層から戻ってくる戻り光を、光情報記録再生装置の受光素子により検出させ、酸化チタン粒子1の結晶構造の相違(記録マークの有無)により生じる反射率の違いから、記録層に記録された情報を再生することができる。なお、ここで用いる読出光は、記録層に照射した際に、当該記録層の酸化チタン粒子1がλ相からβ相に相転移されない程度の光強度を有している。因みに、上述した実施の形態においては、酸化チタン粒子1がβ相となった状態を記録マークが形成された状態とした場合について述べたが、本発明はこれに限らず、酸化チタン粒子1がλ相となった状態を記録マークが形成された状態としてもよい。ここで、記録光、読出光及び初期化光は、波長が355〜1064nmであればよい。
(8-3) Information Reproduction When reading information recorded on the optical information recording medium, reading light for reading having a predetermined light intensity is condensed in the recording layer from the optical information recording / reproducing apparatus. In the optical information recording medium, the return light returning from the recording layer is detected by the light receiving element of the optical information recording / reproducing apparatus, and the difference in reflectance caused by the difference in the crystal structure of the titanium oxide particles 1 (the presence or absence of the recording mark). The information recorded on the recording layer can be reproduced. The readout light used here has such a light intensity that when the recording layer is irradiated, the titanium oxide particles 1 of the recording layer are not phase-shifted from the λ phase to the β phase. Incidentally, in the above-described embodiment, the case where the recording mark is formed in the state in which the titanium oxide particles 1 are in the β phase has been described. However, the present invention is not limited thereto, and the titanium oxide particles 1 The state in which the λ phase is reached may be a state in which a recording mark is formed. Here, the recording light, the reading light, and the initialization light may have a wavelength of 355 to 1064 nm.

(9)酸化チタン粒子を用いた薄膜合成
次に、図20に示すように、λ−Ti粉末試料(複数の酸化チタン粒子1の集合体)を水に添加した酸化チタン粒子含有溶液を、飽和水酸化カリウム溶液(エタノール/水の1:1混合溶媒)に室温で2時間浸すことで親水化処理をしたパイレックス(登録商標)基板35上に滴下してそのまま広がらせ、この状態のまま酸化チタン粒子含有溶液をパイレックス基板35上に固着させてλ−Ti膜36を成膜した。そして、このパイレックス基板35の表面近傍の切断面についてSEM(Scanning Electron Microscope)像を撮影した。図21に示すように、パイレックス基板35上に酸化チタン粒子含有溶液を適量滴下させただけでも、パイレックス基板35の表面には、膜厚が約500nmのλ−Ti膜36が形成できることが確認できた。そして、膜厚を薄くした薄膜合成にλ−Ti粉末試料を用いた場合でも、酸化チタン粒子1の表面に凹凸が少なく、かつ粒径が小さく微粒子状であることから、λ−Ti膜26の表面の平坦化や、膜厚の均一化を容易に行えることができる。
(9) Thin Film Synthesis Using Titanium Oxide Particles Next, as shown in FIG. 20, a solution containing titanium oxide particles in which a λ-Ti 3 O 5 powder sample (an aggregate of a plurality of titanium oxide particles 1) is added to water. Is immersed in a saturated potassium hydroxide solution (1: 1 mixed solvent of ethanol / water) at room temperature for 2 hours, and dropped on a Pyrex (registered trademark) substrate 35 that has been subjected to a hydrophilic treatment, and spread in this state. The titanium oxide particle-containing solution was fixed on the Pyrex substrate 35 as it was, and a λ-Ti 3 O 5 film 36 was formed. Then, an SEM (Scanning Electron Microscope) image was taken on the cut surface near the surface of the Pyrex substrate 35. As shown in FIG. 21, the λ-Ti 3 O 5 film 36 having a film thickness of about 500 nm can be formed on the surface of the Pyrex substrate 35 only by dropping a suitable amount of a solution containing titanium oxide particles on the Pyrex substrate 35. Was confirmed. Even when the λ-Ti 3 O 5 powder sample is used for thin film synthesis with a thin film thickness, the surface of the titanium oxide particles 1 has few irregularities, small particle diameters, and fine particles. It is possible to easily flatten the surface of the 3 O 5 film 26 and make the film thickness uniform.

ここで、図22は、シリカガラス3内に形成された微粒子状の酸化チタン粒子1を、分離処理によって、シリカガラス3内から取り出し、近接場光に用いられる光情報記録媒体の記録層40を、これら酸化チタン粒子1によって形成したときの概略図を示している。   Here, FIG. 22 shows that the particulate titanium oxide particles 1 formed in the silica glass 3 are taken out from the silica glass 3 by the separation process, and the recording layer 40 of the optical information recording medium used for near-field light is formed. The schematic when formed with these titanium oxide particles 1 is shown.

この場合、光ピックアップ42から発する近接場光L1を記録層40に照射して記録再生を行うこともできる。ここで、図23は、図1に示した本発明による酸化チタン粒子1に対して、一般的な光情報記録再生装置で用いられている直径約300nm程度の光スポットS1を照射したときのイメージと、近接場光の直径約20nm程度の光スポットS2を照射したときのイメージを示している。例えば粒径が約25nm程度でなる複数の酸化チタン粒子1から記録層40を形成した光情報記録媒体では、近接場光を記録再生の際に用いた場合、記録密度として1Tbit inch−2を実現でき、これはBlu-ray Discの約200倍となり、従来よりも記録密度の向上を図ることができる。 In this case, recording / reproduction can be performed by irradiating the recording layer 40 with near-field light L1 emitted from the optical pickup 42. Here, FIG. 23 shows an image when the titanium oxide particles 1 according to the present invention shown in FIG. 1 are irradiated with a light spot S1 having a diameter of about 300 nm used in a general optical information recording / reproducing apparatus. The image when the light spot S2 having a diameter of about 20 nm of near-field light is irradiated is shown. For example, in an optical information recording medium in which a recording layer 40 is formed from a plurality of titanium oxide particles 1 having a particle size of about 25 nm, 1 Tbit inch -2 is realized as a recording density when near-field light is used for recording and reproduction. This is about 200 times that of a Blu-ray Disc, and the recording density can be improved as compared with the conventional case.

なお、本発明は、本実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨の範囲内で種々の変形実施が可能である。すなわち本発明は、Tiの組成を有し、0〜800Kの温度領域で常磁性金属の状態を維持するTi粒子本体2からなり、前記Ti粒子本体2は、微粒子状からなり、その表面全体が外部に露出されている酸化チタン粒子1であれば、その他種々の製造方法や粒子形状等を適用してもよい。 In addition, this invention is not limited to this embodiment, A various deformation | transformation implementation is possible within the range of the summary of this invention. That is, the present invention comprises a Ti 3 O 5 particle main body 2 having a composition of Ti 3 O 5 and maintaining a paramagnetic metal state in a temperature range of 0 to 800 K. The Ti 3 O 5 particle main body 2 includes: Various other manufacturing methods, particle shapes, and the like may be applied as long as the titanium oxide particles 1 are made of fine particles and the entire surface is exposed to the outside.

1 酸化チタン粒子
2 Ti粒子本体
3 シリカガラス
4 微小構造体
5 シリカ
10 水酸化チタン化合物粒子
12 シリカ被覆水酸化チタン化合物粒子
1 titanium oxide particles 2 Ti 3 O 5 particle body 3 silica glass 4 microstructure 5 Silica
10 Titanium hydroxide compound particles
12 Silica-coated titanium hydroxide compound particles

Claims (9)

Tiの組成を有し、0〜800Kの温度領域で常磁性金属の状態を維持する微粒子状のTi粒子本体からなり、前記Ti粒子本体を形成した際に、該Ti粒子本体の表面を覆っていたシリカガラスが除去されており、
前記Ti 粒子本体の粒径が4〜90nmである
ことを特徴とする酸化チタン粒子。
Having a composition of Ti 3 O 5, consists particulate Ti 3 O 5 particle body to maintain the state of the paramagnetic metal in the temperature range of 0~800K, when forming the Ti 3 O 5 particle body, Silica glass covering the surface of the Ti 3 O 5 particle body has been removed ,
Titanium oxide particles, wherein the Ti 3 O 5 particle body has a particle size of 4 to 90 nm.
前記Ti粒子本体は、
少なくとも500K以上の温度領域で常磁性金属状態の斜方晶系の結晶構造となり、少なくとも300K以下の温度領域で常磁性金属状態の単斜晶系の結晶構造となる
ことを特徴とする請求項1記載の酸化チタン粒子。
The Ti 3 O 5 particle body is
2. A paramagnetic metal state orthorhombic crystal structure in a temperature region of at least 500K or higher, and a paramagnetic metal state monoclinic crystal structure in a temperature region of at least 300K or lower. Titanium oxide particles as described.
塩化チタンを含む水相を油相中に有する原料ミセル溶液と、中和剤を含む水相を油相中に有する中和剤ミセル溶液とを混合して作製した混合溶液内に、シラン化合物を添加して、前記混合溶液内の水酸化チタン化合物粒子の表面をシリカで被覆させたシリカ被覆水酸化チタン化合物粒子を生成し、
前記シリカ被覆水酸化チタン化合物粒子を前記混合溶液から分離した後、水素雰囲気下で焼成することによりシリカガラス内に前記Ti粒子本体を生成し、
前記Ti粒子本体の表面から前記シリカガラスが除去された
ことを特徴とする請求項1または2記載の酸化チタン粒子。
In a mixed solution prepared by mixing a raw material micelle solution having an aqueous phase containing titanium chloride in the oil phase and a neutralizing micelle solution having an aqueous phase containing the neutralizing agent in the oil phase, the silane compound is contained in the mixed solution. To produce silica-coated titanium hydroxide compound particles in which the surface of the titanium hydroxide compound particles in the mixed solution is coated with silica,
After separating the silica-coated titanium hydroxide compound particles from the mixed solution, the Ti 3 O 5 particle main body is generated in silica glass by firing in a hydrogen atmosphere ,
The titanium oxide particles according to claim 1 or 2, wherein the silica glass is removed from the surface of the Ti 3 O 5 particle main body.
塩化チタンを含む水相を油相中に有する原料ミセル溶液と、中和剤を含む水相を油相中に有する中和剤ミセル溶液とを混合することにより混合溶液を作製して、該混合溶液内で水酸化チタン化合物粒子を生成する工程と、
前記混合溶液内にシラン化合物を添加して前記水酸化チタン化合物粒子の表面をシリカで被覆したシリカ被覆水酸化チタン化合物粒子を生成する工程と、
前記シリカ被覆水酸化チタン化合物粒子を前記混合溶液から分離した後、水素雰囲気下で焼成することにより、シリカガラス内に微粒子状のTi粒子本体を生成する工程と、
前記Ti粒子本体の表面を覆っている前記シリカガラスを除去することにより、前記Ti粒子本体からなる酸化チタン粒子を生成する工程と
を備えることを特徴とする酸化チタン粒子の製造方法。
A mixed solution is prepared by mixing a raw micelle solution having an aqueous phase containing titanium chloride in the oil phase and a neutralizing micelle solution having an aqueous phase containing the neutralizing agent in the oil phase, and the mixing Producing titanium hydroxide compound particles in solution;
Adding a silane compound into the mixed solution to produce silica-coated titanium hydroxide compound particles in which the surface of the titanium hydroxide compound particles is coated with silica; and
Separating the silica-coated titanium hydroxide compound particles from the mixed solution and then firing the mixture in a hydrogen atmosphere to produce fine Ti 3 O 5 particle bodies in silica glass;
By removing the silica glass covering the surface of the Ti 3 O 5 particle body, the titanium oxide particles characterized by comprising a step of generating titanium oxide particles made of the Ti 3 O 5 particle body Production method.
前記酸化チタン粒子を生成する工程では、
水酸化カリウムエタノール溶液、水酸化ナトリウム水溶液又は水酸化テトラメチルアンモニウム水溶液のうち、少なくともいずれか1種によって前記Ti粒子本体の表面から前記シリカガラスを除去する
ことを特徴とする請求項記載の酸化チタン粒子の製造方法。
In the step of generating the titanium oxide particles,
Ethanol solution of potassium hydroxide, of an aqueous solution of sodium hydroxide or tetramethylammonium hydroxide aqueous solution, according to claim 4, characterized in that the removal of the silica glass from the surface of the Ti 3 O 5 particle body by at least one kind The manufacturing method of the titanium oxide particle of description.
支持体上に磁性材料を固定してなる磁性層を備え、
前記磁性材料に、請求項1〜のうちいずれか1項記載の酸化チタン粒子が使用されている
ことを特徴とする磁気メモリ。
A magnetic layer formed by fixing a magnetic material on a support;
Wherein the magnetic material, a magnetic memory, characterized in that the titanium oxide particle of any one of claims 1-3 is used.
記録用の記録光が記録層に集光されることで、前記記録層に情報を記録し、読出用の読出光が前記記録層に集光されることで、前記記録層から戻ってくる戻り光の反射率の違いから、前記記録層に記録された情報を再生する光情報記録媒体において、
前記記録層に、Ti の組成を有し、0〜800Kの温度領域で常磁性金属の状態を維持する微粒子状のTi 粒子本体からなり、前記Ti 粒子本体を形成した際に、該Ti 粒子本体の表面を覆っていたシリカガラスが除去された酸化チタン粒子が使用されている
ことを特徴とする光情報記録媒体。
The recording light for recording is condensed on the recording layer, so that information is recorded on the recording layer, and the reading light for reading is condensed on the recording layer, so that the return is returned from the recording layer. Due to the difference in light reflectance, in the optical information recording medium for reproducing the information recorded in the recording layer,
The recording layer comprises a Ti 3 O 5 particle main body having a composition of Ti 3 O 5 and maintaining a paramagnetic metal state in a temperature range of 0 to 800 K, and the Ti 3 O 5 particle main body is An optical information recording medium , wherein the titanium oxide particles from which the silica glass covering the surface of the Ti 3 O 5 particle main body is removed when formed are used.
前記TiTi 3 O 5 粒子本体の粒径が4〜90nmであるThe particle size of the particle body is 4 to 90 nm
ことを特徴とする請求項7記載の光情報記録媒体。The optical information recording medium according to claim 7.
支持体上に電荷蓄積材料を固定してなる電荷蓄積層を備え、
前記電荷蓄積材料に、請求項1〜のうちいずれか1項記載の酸化チタン粒子が使用されている
ことを特徴とする電荷蓄積型メモリ。
A charge storage layer formed by fixing a charge storage material on a support;
The charge storage type memory, wherein the titanium oxide particles according to any one of claims 1 to 3 are used as the charge storage material.
JP2010105973A 2010-04-30 2010-04-30 Titanium oxide particles, manufacturing method thereof, magnetic memory, optical information recording medium, and charge storage type memory Expired - Fee Related JP5736664B2 (en)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2010105973A JP5736664B2 (en) 2010-04-30 2010-04-30 Titanium oxide particles, manufacturing method thereof, magnetic memory, optical information recording medium, and charge storage type memory
PCT/JP2011/059343 WO2011136039A1 (en) 2010-04-30 2011-04-15 Titanium oxide particle, method for producing same, magnetic memory, optical information recording medium, and charge storage memory

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2010105973A JP5736664B2 (en) 2010-04-30 2010-04-30 Titanium oxide particles, manufacturing method thereof, magnetic memory, optical information recording medium, and charge storage type memory

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2011236060A JP2011236060A (en) 2011-11-24
JP5736664B2 true JP5736664B2 (en) 2015-06-17

Family

ID=44861347

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2010105973A Expired - Fee Related JP5736664B2 (en) 2010-04-30 2010-04-30 Titanium oxide particles, manufacturing method thereof, magnetic memory, optical information recording medium, and charge storage type memory

Country Status (2)

Country Link
JP (1) JP5736664B2 (en)
WO (1) WO2011136039A1 (en)

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP5733736B2 (en) 2010-05-21 2015-06-10 国立大学法人 東京大学 Method for producing titanium oxide particles
US20200024150A1 (en) * 2017-03-30 2020-01-23 Panasonic Intellectual Property Management Co., Ltd. Time-dependent element, physical property temporal change prediction device, and electric circuit breaker

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH04224113A (en) * 1990-12-26 1992-08-13 Osaka Titanium Co Ltd Production of titanium oxide for vapor deposition
JP2003238156A (en) * 2002-02-21 2003-08-27 Toho Titanium Co Ltd Method for producing lithium titanate, lithium ion battery and electrode for it
JP5301211B2 (en) * 2008-07-23 2013-09-25 東邦チタニウム株式会社 Method for producing titanium suboxide
JP5549939B2 (en) * 2008-12-04 2014-07-16 国立大学法人 東京大学 Titanium oxide particles, manufacturing method thereof, magnetic memory and charge storage type memory

Also Published As

Publication number Publication date
WO2011136039A1 (en) 2011-11-03
JP2011236060A (en) 2011-11-24

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP5733736B2 (en) Method for producing titanium oxide particles
US7708902B2 (en) Magnetic material, and memory and sensor using same
Tomita et al. Optical extinction properties of carbon onions prepared from diamond nanoparticles
JP5549939B2 (en) Titanium oxide particles, manufacturing method thereof, magnetic memory and charge storage type memory
JP5700622B2 (en) Titanium oxide thin film, manufacturing method thereof, magnetic memory, optical information recording medium, and charge storage type memory
JP5398025B2 (en) MICROSTRUCTURE, MANUFACTURING METHOD THEREOF, MAGNETIC MEMORY, CHARGE STORAGE MEMORY, AND OPTICAL INFORMATION RECORDING MEDIUM
JP5736664B2 (en) Titanium oxide particles, manufacturing method thereof, magnetic memory, optical information recording medium, and charge storage type memory
Kronawitter et al. On the orbital anisotropy in hematite nanorod-based photoanodes
Seo et al. Synthesis of Ultrasmall Ferromagnetic Face‐Centered Tetragonal FePt–Graphite Core–Shell Nanocrystals
JPWO2017164083A1 (en) Metal-substituted titanium oxide and method for producing metal-substituted titanium oxide sintered body
Denisyuk et al. Towards femtojoule nanoparticle phase-change memory
Sam Nano-physics: ZnS nanoparticles
KR20160088700A (en) Wustite particle and preparation method thereof
Zima Low-temperature synthesis and the study of nanostructured Co–TiO2 ferromagnetic compositions
JP4142873B2 (en) Ferroelectric nanocrystal
Aswathy et al. Effect of rGO Layering on the Structural, Optical, and Magnetic Properties of Sol–Gel Spin-Coated V-, Ce-, and Mn-Doped NiO Thin Films
CN112694120A (en) Semiconductor nano particle with composite structure, preparation method and application thereof
Nogami et al. Photonic glasses: Nonlinear optical and spectral hole burning properties
Bhatt et al. Enhanced dielectric, magnetic and optical properties of Cr-doped BiFeO3 multiferroic nanoparticles synthesized by sol-gel route
Zhuravlev et al. Zircon phosphate material for coating vitreous silica
Lee Sonochemical Synthesis of II VI Semiconductor Nanocrystallites and Their Characterization

Legal Events

Date Code Title Description
RD04 Notification of resignation of power of attorney

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7424

Effective date: 20111013

RD04 Notification of resignation of power of attorney

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7424

Effective date: 20111013

A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20130305

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A132

Effective date: 20140805

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20141003

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20150317

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20150406

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 5736664

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

LAPS Cancellation because of no payment of annual fees