ビスマスフェライトにおける新たな結晶相の発見
【ポイント】
- 電気を記憶する強誘電性や磁気を記録する強磁性を併せ持つ「マルチフェロイクス材料」であるビスマスフェライトの薄膜は情報記録やスピントロニクスなどの分野で応用が期待されている。
- ビスマスフェライト薄膜の性質は原子配列を特徴づける「結晶相」によって決まる。
- 本研究では、先端電子顕微鏡により、ビスマスフェライト薄膜中に√２×√２の周期を持つ新しい結晶相を発見した。
- これは次世代メモリやスピントロニクス、エネルギー変換材料の設計に新たな視点を提供する成果である。
【概要説明】
熊本大学半導体?デジタル研究教育機構の佐藤幸生教授の研究グループは、名古屋大学未来材料?システム研究所/国際高等研究機構の永沼博特任教授と共同で、ビスマスフェライト（BiFeO3）の薄膜中に従来知られていなかった新しい結晶相が存在していることを発見したと報告しました。ビスマスフェライトは電気と磁気の性質を併せ持つ「マルチフェロイクス材料」として知られ、低消費電力メモリデバイスや超高感度磁気センサなど多用途に応用可能な先端材料です。その原子配列を特徴づける「結晶相」は基板材料の選択や薄膜の作製条件で変わることが知られており、電気的?磁気的な性質は結晶相に強く依存するとされています。加えて、薄膜内で複数の結晶相が混在することもあり、多彩で複雑であるため、結晶相の詳細やその分布を把握することは容易ではありません。
今回の研究では、アルミニウム酸ランタン（LaAlO3）基板上に製膜されたBiFeO3について原子分解能での走査透過型電子顕微鏡（STEM）による観察を行いました。特に、結晶相を精密に判別するために、STEM像の歪み補正を行って、原子間の距離を高精度で測定しました。その結果、従来知られていなかった√２×√２の周期を持つ新しい結晶相が発見されました。本研究により、マルチフェロイクス材料における微視的な構造と機能の関係解明が進みます。今後は、メモリデバイスやスピントロニクス素子などにおける材料設計の最適化に貢献すると期待されます。
本研究成果は令和７年８月２日に科学雑誌「Journal of Alloys and Compounds」にオンラインで掲載されました。本研究は文部科学省科学研究費補助金、学術変革領域研究(B)「超軌道分裂による新奇巨大界面応答」（23H03803、23H03804）および基盤研究(B)「誘電特性における界面効果の原子スケールメカニズム解明」(課題番号：JP23K26382)、Core-to-Coreプログラム（JPJSCCA20230005）、名古屋大学研究力強化プログラムの支援を受けて実施されました。
【論文情報】
掲載誌：Journal of Alloys and Compounds
著者：Yukio Sato, Hiroshi Naganuma
論文名：Coexistence of √２ × √２ superstructure and monoclinic phases in a bismuth ferrite thin film via distortion-corrected scanning transmission electron microscopy
URL：https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2025.182622
doi：10.1016/j.jallcom.2025.182622
【詳細】 プレスリリース（PDF557KB）
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