名大、原子3個分の厚みで強誘電特性を維持したナノシートを低温で合成

名古屋大学(名大)は2月20日、強誘電体の代表的存在である「チタン酸バリウム」(BaTiO₃)において、水溶液プロセスによって、60℃という低温で、原子3個分の厚み(1.8nm)かつ強誘電特性を維持できるナノシートの合成に成功したことを発表した。

同成果は、名大未来材料・システム研究所の長田実教授らの研究チームによるもの。詳細は、材料科学や電子および磁性材料の工学などを扱う学術誌「Advanced Electronic Materials」に掲載された。

強誘電体において、厚さわずか数nmのナノシートを合成できれば、単位格子数個という臨界サイズでの新規物性の開拓や応用といった新展開が期待できるという。しかし、強誘電体のナノシートレベルでの合成は困難であり、厚さ数nmに至ると「サイズ効果」により強誘電特性が失われてしまうという大きな壁があった。そのため、BaTiO₃などにおいては、層状化合物を剥離するという従来手法ではナノシートの合成は困難であり、新しい手法の開発が求められていた。

そこで研究チームは今回、BaTiO₃ナノシートの合成を実現する手法として、厚さ1nmの酸化チタンナノシートを利用し、表面反応によりBaTiO₃への構造変化を誘起する「テンプレート合成法」を検討することにしたという。

一般に、BaTiO₃の合成には1000℃以上での焼成が必要とされる。しかし今回の研究では、酸化チタンナノシートの高い反応性に着目し、水・エタノールの混合溶液中で水酸化バリウムと反応させることで、60℃の低温でBaTiO₃ナノシートを合成する手法が実現された。