利用報告書 / User's Reports


【公開日：2024.07.25】【最終更新日：2024.06.08】

課題データ / Project Data

課題番号 / Project Issue Number

23UT1168

利用課題名 / Title

Development of functional ferroelectric devices based on perovskite and spinel-type oxides

利用した実施機関 / Support Institute

東京大学 / Tokyo Univ.

機関外・機関内の利用 / External or Internal Use

内部利用（ARIM事業参画者以外）/Internal Use (by non ARIM members)

技術領域 / Technology Area

【横断技術領域 / Cross-Technology Area】（主 / Main）計測・分析/Advanced Characterization（副 / Sub）-

【重要技術領域 / Important Technology Area】（主 / Main）高度なデバイス機能の発現を可能とするマテリアル/Materials allowing high-level device functions to be performed（副 / Sub）量子・電子制御により革新的な機能を発現するマテリアル/Materials using quantum and electronic control to perform innovative functions

キーワード / Keywords

プローバー、PPMS、ESR,X線回折/ X-ray diffraction,電子分光/ Electron spectroscopy,エレクトロデバイス/ Electronic device,スピントロニクスデバイス/ Spintronics device,スピン制御/ Spin control,スピントロニクス/ Spintronics,表面・界面・粒界制御/ Surface/interface/grain boundary control


利用者と利用形態 / User and Support Type

利用者名（課題申請者）/ User Name (Project Applicant)

関 宗俊

所属名 / Affiliation

東京大学大学院工学系研究科電気系工学専攻

共同利用者氏名 / Names of Collaborators in Other Institutes Than Hub and Spoke Institutes

唐　思逸

ARIM実施機関支援担当者 / Names of Collaborators in The Hub and Spoke Institutes

府川　和弘,飯盛　桂子

利用形態 / Support Type

（主 / Main）機器利用/Equipment Utilization（副 / Sub）-


利用した主な設備 / Equipment Used in This Project

UT-305：環境制御マニュアルプローバステーション
UT-304：極限環境下電磁物性計測装置
UT-302：電子スピン共鳴装置
UT-203：粉末X線回折装置
UT-202：高輝度In-plane型X線回折装置


報告書データ / Report

概要（目的・用途・実施内容）/ Abstract (Aim, Use Applications and Contents)

超低消費エネルギー型・機能電子デバイスの創製に向けて、機能性鉄酸化物の単結晶薄膜を作製し、その磁気特性やスピン波伝搬特性を評価した。また、ニューロモルフィック素子の創製に向けて、我々の研究グループが独自に開発した多能性中間膜を用いて高品質酸化物強誘電体薄膜を作製し、その強誘電性および抵抗スイッチング特性を評価した。

実験 / Experimental

鉄酸化物(γ-Fe2O3)単結晶薄膜はパルスレーザー堆積法(PLD法)を用いて作製した。酸化物強誘電体(Pb(Ti,Zr)O3: PZT)薄膜の作製にはスピンコート法を用いた。ARIMでは主にX線回折装置を用いて試料の結晶構造解析を行い、極限環境下電磁物性計測装置や環境制御マニュアルプローバーステーション等の装置を用いて試料の電気・磁気特性を評価した。

結果と考察 / Results and Discussion

通常のPLD法では高品質なγ-Fe2O3の単結晶薄膜を得ることが困難であるため、二段階のプロセスで薄膜を作製した。まず、γ-Fe2O3と同じスピネル型結晶構造を持つFe3O4の単結晶薄膜をPLD法により作製し、その後、大気中で低温アニールを行うことにより、結晶性の高いγ-Fe2O3のエピタキシャル薄膜を得た。電子スピン共鳴測定により、このγ-Fe2O3薄膜は比較的低いGilbertダンピング定数(～1x10-2)を持つことが分かり、コプレーナ線路型電極構造とベクトルネットワークアナライザを用いて、室温で高効率スピン伝搬を計測することに成功した。また、PZTの薄膜作製実験では、ZrO2を母体物質とした多能性中間膜をバッファ層に用い、このバッファ層上にスピンコート法によって、薄膜をエピタキシャル成長させることに成功した。得られたPZT薄膜は、PLD法やスパッタリング法で作製した試料では見られない、大きな抵抗スイッチング特性を示し、得られた実験結果を理論解析し、このスイッチング特性が膜中の酸素欠損の拡散に基づくモデルで説明できることを示した。

図・表・数式 / Figures, Tables and Equations
その他・特記事項（参考文献・謝辞等） / Remarks(References and Acknowledgements)

本研究はBeyond AI連携事業による共同研究費、JST CREST（ JPMJCR22O2）、JSPS科研費 （JP22H01952）の助成を受けたものです。


成果発表・成果利用 / Publication and Patents

論文・プロシーディング（DOIのあるもの） / DOI (Publication and Proceedings)
  1. Chuanlai Zang, SnO2–CuO Heterostructured Nanofibers for Enhanced NH3-Gas-Sensing Performance and Potential Application in Breath Analysis, IEEE Sensors Journal, 23, 17925-17931(2023).
    DOI: 10.1109/JSEN.2023.3294409
  2. Zhiqiang Liao, Reconfigurable logical stochastic resonance in a hyperbolic one-site lattice with variable-barrier potential, Results in Physics, 49, 106469(2023).
    DOI: 10.1016/j.rinp.2023.106469
  3. Chuanlai Zang, Electronic nose based on multiple electrospinning nanofibers sensor array and application in gas classification, Frontiers in Sensors, 4, (2023).
    DOI: 10.3389/fsens.2023.1170280
口頭発表、ポスター発表および、その他の論文 / Oral Presentations etc.
  1. 末吉七海, 唐思逸、関宗俊, 田畑 仁, "NiZnAlフェライト薄膜におけるスピングラス特性とスピン波伝搬" 2023年第84回応用物理学会秋季学術講演会(熊本), 令和5年9月21日
  2. Zhiqiang Liao, Keying Huang, Siyi Tang, Hiroyasu Yamahara, Munetoshi Seki, Hitoshi Tabata, "Noise-robust logic gate based on double-well Dikandé–Kofané potential" 2023年第84回応用物理学会秋季学術講演会(熊本), 令和5年9月20日
  3. Haining Li, Takeshi Kijima, Risa Kataoka, Hiroyasu Yamahara, Hitoshi Tabata, Munetoshi Seki, "Epitaxial Growth of PZT Thin Films on HfO2-Buffered Si Substrates via Spin-coating Technique" 2023年第84回応用物理学会秋季学術講演会(熊本), 令和5年9月20日
  4. Ahamed Ikball, Md Shamim Sarker, Hiroyasu Yamahara, Munetoshi Seki, Hitoshi Tabata, "YIG/CoFeB µ-dot and µ-ring array devices as spin wave stopband notch filter" 2023年第84回応用物理学会秋季学術講演会(熊本), 令和5年9月22日
  5. Shamim sarker, Hiroyasu Yamahara, Kenyu Terao, Siyi Tang, Sankar G Ramaraj, Lihao Yao, EMK Ikball Ahamed, Munetoshi Seki, Hitoshi Tabata, "Dynamic Redox Reaction-Driven Electrically Tunable Magnon FET" 2023年第84回応用物理学会秋季学術講演会(熊本), 令和5年9月23日
特許 / Patents

特許出願件数 / Number of Patent Applications：0件
特許登録件数 / Number of Registered Patents：0件

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