Discovery Sagaサイレントキーワード俯瞰

強誘電体 / 強磁性体 / 薄膜 / マルチフェロイック / 磁歪 / 分極 / 積層薄膜 / エピタキシャル / シリコン / 直交 / 相互作用

強誘電性と強磁性の相互作用としてこれまで知られている現象として磁気電気効果(M-E効果)をあげることができる。このように、強誘電性と強磁性を組み合わせると、新たな現象や物性を見いだせる可能性が高く、実際学会でも急速に「マルチフェロイック」というコンセプトの発表は多く、盛り上がりつつある。申請者らは強誘電体と強磁性体の組み合わせを薄膜技術を用いてその相互作用を検討した。
強誘電体/強磁性体の積層薄膜に対して申請者が期待している相互作用は、外部磁場により強磁性体に磁歪を与え、その磁歪による歪みを強誘電体に作用させることにより、強誘電性に変調を与えるものである。本年度は強誘電体としてはチタン酸ジルコン酸鉛(PZT)を、強磁性体として超磁歪材料であるTerfenol-Dを用いて、シリコン基板上にPZT/Pt/Terfenol-D/Si積層薄膜をRFマグネトロンスパッタリング法とPLD法を組み合わせて作製した。磁歪の大きさは自作のレーザー変位システムで測定し、in-situ磁場の印加による磁歪の変化を測定した。また、作製した積層薄膜についてPZTの強誘電性ヒステリシスループを外部磁場を変化させながら測定した。その結果、電界強度が小さいマイナーループの際に磁歪の効果は大きく現れて分極は向上することが明らかになった。しかしながら、電界強度が高く、強誘電体が飽和する場合には外部磁場による影響はほとんど観測されないことも見いだされた。このように、磁歪による強誘電性の変調は特にP-Eヒステリシスがマイナーループの場合に明瞭に観測されることが明らかになった。

バイオミネラリゼーション / 有機無機複合体 / 炭酸カルシウム / アラゴナイト / カルサイト / 薄膜 / 相互作用 / 自己組織化 / 有機 / 無機複合体 / 機能性高分子 / 高分子

自然界における真珠や貝殻などのバイオミネラルにおいては,無機結晶と生体高分子が精緻な積層構造を形成し,これが強靭さや独特の光沢を発現している。このようなナノレベルでの精密構造を人工的に構築できれば,環境低負荷の新しい高性能/高機能材料が得られると考えられる。本研究においては,天然高分子のキチンやキトサンの薄膜あるいは繊維上に,炭酸カルシウム飽和水溶液から,均一な炭酸カルシウム薄膜を形成させ,有機高分子/無機複合薄膜を作製することに成功した。形成する無機薄膜の均一な厚みは,条件により0.6μmから1.0μmまでに制御することができた。すなわち,炭酸カルシウム水溶液中に,ポリアクリル酸・ポリアスパラギン酸などのカルボキシル基含有高分子がある一定濃度存在する場合,カルボキシル基と相互作用可能な官能基を有する高分子固体マトリクス上に炭酸カルシウムの薄膜が形成することを見出した。さらに,高分子と炭酸カルシウム薄膜の形成を交互に行うことにより,積層した有機/無機薄膜を作製できた。炭酸カルシウムには,カルサイト・アラゴナイト・バテライトの三種の結晶形(多形)があるが,天然真珠を構成しているのはアラゴナイトである。このアラゴナイトは人工的に形成させるのは最も困難である。先に述べた薄膜形成系においても,得られたのはカルサイトとバテライトの薄膜のみであった。しかし,さらにマグネシウムイオンを添加することで,アラゴナイトの薄膜を形成することにも成功した。生体から抽出したタンパク質ではなく,このような単純な高分子や無機イオンの相互作用で,多形が制御された炭酸カルシウムの薄膜が形成した例はなく,新しいマテリアルの構築手法として意義が大きいと考えている。

【研究分担者】
水谷惟恭	東京工業大学	大学院・理工学研究科	教授	(Kakenデータベース)
篠崎和夫	東京工業大学	大学院・理工学研究科	助教授	(Kakenデータベース)