나고야대에서 두께1.8nm의 강유전체 나노시트, 저온에서 합성가능

https://xtech.nikkei.com/atcl/nxt/column/18/02122/00253/

名古屋大学が厚さ1.8nmの強誘電体ナノシート、低温で合成可能

 

본 연구에서는 BaTiO3 나노시트 합성을 실현하는 방법으로 두께 1nm의 산화티타늄 나노시트를 이용하여 표면 반응에 의해 BaTiO3로의 구조 변화를 유도하는 템플릿 합성법을 검토하였다.일반적으로 BaTiO3의 합성에는 세씨 1000도 이상에서의 소성을 필요로 한다.본 연구에서는 산화티타늄 나노시트의 높은 반응성에 주목했다.물·에탄올 혼합용액 중 수산화바륨과 반응시킴으로써 세씨 60도에서 BaTiO3 나노시트 합성을 실현했다.투과형 전자현미경상과 라만 분광측정을 통한 구조해석 결과 결함이 없는 BaTiO3 형성이 확인됐다.본 기법에서는 막두께 제어도 가능하며 반응시간을 5, 10, 25시간으로 변화시킴으로써 2~6격자 나노시트를 합성하였다.합성한 BaTiO3 나노시트를 압전응답력 현미경으로 평가한 결과 나노시트 1장에서의 강유전 특성은 두께 1.8nm(단위격자 3개에 상당)까지 유지되고 두께 1.4nm(단위격자 2개에 상당)에서 소실되는 것을 확인했다.

　메모리나 센서, 액추에이터, 진동 발전 등에 이용되는 강유전체는 나노입자나 박막에서의 강유전 특성 연구가 진행되고 있지만 수nm 정도로 극박해지면 강유전 특성이 소실되는 '사이즈 효과'가 문제가 되고 있었다.강유전체에서 나노시트의 합성이 실현되면 단위격자 수개라는 임계사이즈에서의 신규 물성 개척·응용 등의 새로운 전개를 기대할 수 있다.그러나 강유전체의 대표적인 예인 BaTiO3 등에서는 기존 합성기법인 층상화합물 박리에서의 나노시트 합성이 어려웠다.연구진에 따르면 이번에 확인된 단위 격자 3개의 강유전체는 자립막으로 가장 얇은 막 두께를 보인다.본 연구 성과가 초박막에서의 특이 기능의 해명이나 디바이스 소형화의 지침이 될 것으로 기대하고 있다.