トピック

強誘電体の傾斜したバンド構造の世界初観測

強誘電体の傾斜したバンド構造の観測に世界で初めて成功 ―高速・大容量の不揮発性メモリーや人工シナプスの開発に期待―

2020年07月03日

岡山大学
高輝度光科学研究センター
産業技術総合研究所

発表のポイント

  • スマートフォンなどに用いられるコンデンサーの基幹材料である強誘電体には、電気分極によって自発的に電荷の偏りが生じ、これによりダイオードのような電気の流れ方をすることが分かっています。この動作原理は傾斜したバンド構造によるものと考えられていましたが、実証されていませんでした。
  • 大型放射光施設SPring-8の高輝度X線を用い、広角対物レンズを取り入れた新型の硬X線角度分解光電子分光実験により、強誘電体の電気分極に由来する傾斜したバンド構造の観測に世界で初めて成功しました。
  • これにより強誘電体の長年の謎が解けたため電子デバイスの開発が進展し、高速・大容量の不揮発性メモリー(FeRAM)や、人工シナプスの実現が期待されます。

 強誘電体は電荷を蓄えることができる物質で、スマートフォン、パソコンなどに数百個単位で実装されるコンデンサーの基幹材料です。電荷を蓄える機能は強誘電体が自発的に持つ電気分極によるもので、電荷をもつイオンの配列によって電気分極が形成されます。最近になって強誘電体は電荷を蓄えるだけでなく、電気分極によってダイオードのような電気の流れ方をすることがわかってきました。これらの動作原理は傾斜したバンド構造にあるといわれ40年以上前の教科書にもその想像図が描かれていましたが、これまで実証されていませんでした。
 岡山大学、高輝度光科学研究センター(JASRI)、産業技術総合研究所(産総研)、東京工業大学、パリサクレー大学の共同研究グループは、世界で初めて、強誘電体の電気分極に由来する傾斜したバンド構造を観測しました。この成果は電気分極が単一配向した強誘電体薄膜を精密合成し、大型放射光施設SPring-8の高輝度X線を用いた深さ分解測定により実現しました。これにより、強誘電体を用いた高速・大容量の不揮発性メモリー(FeRAM)や人工シナプスの開発が大きく前進するものと期待されます。
 本研究成果は7月1日、英国学術雑誌「Scientific Reports」のオンライン版に掲載されました。

 

 

◆研究者からのひとこと

当時博士課程学生だった押目さんが全力で取り組んだ成果です。内容が新しく査読に時間がかかりました。この研究は、多くの先生方との共同研究です。今回初めて、以前よりその存在が推定されていた電気分極を持った強誘電体のバンド構造の傾斜を直接に捉えることができました。これからは新しい電子デバイスのさらなる研究が進むことが期待されます。
狩野准教授

 

■論文情報

論 文 名:Skewed electronic band structure induced by electric polarization in ferroelectric BaTiO3

掲 載 紙:Scientific Reports

著  者:Norihiro Oshime, Jun Kano, Eiji Ikenaga, Shintaro Yasui, Yosuke Hamasaki, Sou Yasuhara, Satoshi Hinokuma, Naoshi Ikeda, Pierre-Eymeric Janolin, Jean-Michel Kiat, Mitsuru Itoh, Takayoshi Yokoya, Tatsuo Fujii, Akira Yasui, Hitoshi Osawa

D O I:10.1038/s41598-020-67651-w


<詳しい研究内容について>
強誘電体の傾斜したバンド構造の観測に世界で初めて成功
―高速・大容量の不揮発性メモリーや人工シナプスの開発に期待―[PDF]



<お問い合わせ>
岡山大学 自然科学研究科
准教授 狩野 旬
(電話番号)086-251-8107

(20.07.03)