材料科学：単結晶複合酸化物膜のヘテロ集積化

複合酸化物材料は、次世代の電子デバイス、スピントロニクスデバイス、磁気電気デバイス、ニューロモルフィックデバイス、エネルギー変換貯蔵デバイスに望ましいさまざまな機能的特性を示す。そうした材料を積層してヘテロ構造を形成すると各材料の物理的機能性を組み合わせることができ、そうした物理的機能性はひずみの印加によってさらに高めることができる。ヘテロ集積化やひずみ印加の方法はこれまで、ヘテロエピタキシーによるものが主流となってきたが、この方法では、集積できる材料の組み合わせや、成熟した半導体技術による複合酸化物の集積能力が大幅に制限される。さらに、複合酸化物薄膜における圧電性や磁歪などの主要な物理的特性は、基板の束縛効果によって大幅に低下する。今回我々は、ペロブスカイト結晶構造、スピネル結晶構造、ガーネット結晶構造などの結晶配向が異なるさまざまな複合酸化物材料からなる単結晶自立膜を作製する、汎用的な機械的剥離法を実証する。さらに我々は、結晶構造や結晶配向が異なる自立膜を直接積層することで人工ヘテロ構造を作製し、その物理的特性をハイブリッド化した。これは、従来の方法では不可能である。今回の結果は、デバイスの機能性向上のための、二次元材料系ヘテロ構造に類似した、三次元構造の積層・結合プラットフォームを確立するものである。

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