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チタン酸ストロンチウム薄膜の深さ分解XAFS

Depth resolved XAFS study on SrTiO$$_3$$ thin film

米田 安宏   ; 宇留賀 朋哉*; 谷田 肇*; 高垣 昌史*

Yoneda, Yasuhiro; Uruga, Tomoya*; Tanida, Hajime*; Takagaki, Masafumi*

強誘電体薄膜における基板歪みはミスフィット歪みが界面に集積するだけでなく、薄膜表面における再構成層の形成を促進すると考えられる。強誘電体においては界面層や表面再構成層の存在によって分極反転が抑制されると強誘電特性が著しく低下する。この表面再構成層の存在を明らかにするために誘電体薄膜の深さ分解XAFS測定を行った。サンプルとしてLaAlO$$_3$$基板上にMBE法で作製したSrTiO$$_3$$薄膜を選んだ。MBE法は成膜速度が遅く、基板効果を高めるために成膜した薄膜中にもミスフィッ ト歪みが強く残る。ミスフィット歪みによって生じたランダムネスは表面層の再構成を促進する。深さ分解XAFSは薄膜表面にすれすれに入射した放射光X線によって発生する蛍光X線を2次元検出器を用いて観測して行った。蛍光X線の脱出角度は薄膜表面からの深さによって異なることを利用して、深さ方向の分布が約2nm程度の分解能で得られる。その結果、表面より20nm領域においては他とは異なる局所構造を持っており、表面の再構成層の存在を示唆している。

Depth dependency of local structure of SrTiO$$_3$$ thin film was investigated by X-ray absorption fine structure (XAFS). In epitaxial thin films, a large strain exists between substrates and grown films. The epitaxial strain is the largest in the interface and it is relaxed as parting from the substrate. The lattice parameter of the grown film changes depending on the lattice strain. We performed depth-resolved XAFS measurements on SrTiO$$_3$$ thin film grown on LaAlO$$_3$$ substrate. The depth-resolved XAFS can extract the local structures around the surface and inner regions separately. It was clarified that the bond distance between Sr and O changed greatly depending on the depth. On the other hand, the bond distance between Sr and Ti unchanged.

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