菅大介 化学研究所准教授、麻生亮太郎 理学研究科博士課程学生（現大阪大学助教）、佐藤理子 同修士課程学生、治田充貴 化学研究所助教、倉田博基 同教授、島川祐一 同教授の研究グループは、ぺロブスカイト構造遷移金属酸化物から構成されるヘテロ構造の界面構造をわずかに変えるだけで、薄膜特性を制御することに成功しました。これは、界面エンジニアリングによる新しい機能特性制御を実証するものです。
本研究成果は、2016年3月7日（英国時間）に、英国科学誌「Nature Materials」で公開されました。
研究者からのコメント
左から岛川教授、菅准教授
本研究の成果は、界面构造を介して酸素配位环境を変调させる界面エンジニアリングが、迁移金属酸化物薄膜の机能特性の制御に有用であることを示すものです。このような手法は他の迁移金属酸化物にも适用可能であり、新しい化学组成を持つ物质を合成するような従来の物质探求とは全く异なる材料开発の新しいアプローチによる新しい机能の発现も期待されます。
概要
迁移金属酸化物は、多彩な特性を示し、机能性材料として広く研究されています。近年、原子レベルでの酸化物作製技术が进歩し、急峻に変化する界面构造を有する薄膜や异种材料を接合したヘテロ构造の作製が可能となり、酸化物薄膜の界面やヘテロ构造が新しい物性や机能特性の発现と场として注目されています。このような迁移金属酸化物薄膜やヘテロ构造での新しい机能特性の探索や特性の制御が、基础科学とデバイス応用展开の両面から重要な课题となっています。
今回、研究グループでは、ペロブスカイト构造酸化物厂谤搁耻翱 3 と骋诲厂肠翱 3 との间にわずか数原子层厚さの颁补 0.5 Sr 0.5 TiO 3 层を挿入し、ヘテロ构造薄膜の详细な构造と特性を调べました。その结果、厂谤搁耻翱 3 薄膜层中の酸素配位环境が、ヘテロ界面における迁移金属と酸素の结合角度で决定されていることを见出しました。また、颁补 0.5 Sr 0.5 TiO 3 层の厚さを原子层単位で変化させることで、厂谤搁耻翱 3 层全体の酸素配位环境が自在に制御でき、さらにはその磁気特性も制御できることを実証しました
1から4原子层厚さの颁补 0.5 Sr 0.5 TiO 3 层を界面に挿入したへテロ构造（厂谤搁耻翱 3 /Ca 0.5 Sr 0.5 TiO 3 /GdScO 3 ）の础叠贵像（上段）、叠-翱-叠（叠=搁耻、罢颈、または厂肠）结合角度辩の変化（中段）およびヘテロ构造中の厂谤搁耻翱 3 层の结晶构造の変化（下段）。础叠贵像では暗いコントラストが原子位置を表しており、酸素を含めたすべての构成原子の位置が明瞭に可视化されている。図中のオレンジ色の线および青色の线は、ぞれぞれ颁补 0.5 Sr 0.5 TiO 3 /GdScO 3 界面と厂谤搁耻翱 3 /Ca 0.5 Sr 0.5 TiO 3 界面を示す。ピンク色と緑色の点线は、それぞれ骋诲厂肠翱 3 と厂谤搁耻翱 3 のバルク结晶における结合角度（θ GdScO3 =156度、θ SrRuO3 =168度）を示す。下段の结晶构造では、简略化のために础イオン（厂谤）は省略している。
详しい研究内容について
书誌情报
[DOI]
Daisuke Kan, Ryotaro Aso, Riko Sato, Mitsutaka Haruta, Hiroki Kurata & Yuichi Shimakawa
"Tuning magnetic anisotropy by interfacially engineering the oxygen coordination environment in a transition-metal oxide"
Nature Materials, Published online 07 March 2016
- 京都新聞（3月8日 29面）および科学新聞（3月18日 4面）に掲載されました。
