2023-01-03 ミネソタ大学
・ ミネソタ大学が、複合酸化物の自立ナノ薄膜を作製する、ハイブリッド分子線エピタキシー(MBE)技術を開発。
・ 新ハイブリッド MBW技術は自立型金属酸化物薄膜合成の問題を解決し、あらゆる金属酸化物材料の自立ナノ薄膜の作製を可能にするもの。自立薄膜のユニークなな特性と新興のナノスケール材料を組み合わせた、センサーやフレキシブルエレクトロニクス等の優れたデバイス開発が期待できる。
・ 電子デバイスの微細な構成要素への統合が容易な薄膜は、基板上で材料の薄膜を 1 原子層毎に形成するエピタキシャル成長で合成されるが、ホスト基板に「固定」されるため用途に制限がある。基板から剥離できる自立薄膜は、より機能的となる。
・ グラフェンのような二次元材料とは異なり、ペロブスカイト酸化物材料は三次元の全方向に原子が結合しているため自立薄膜の作製が難しい。基板と薄膜材料の間にグラフェンの中間層を利用するリモートエピタキシーでは、金属酸化物の酸素によるグラフェンの酸化が障壁となっている。
・ 新ハイブリッド MBE 技術では、すでに酸素に結合しているチタンを利用することでグラフェンの酸化を回避し、自動的に構成元素を制御(ストイキオメトリ制御）する。同技術を通じたペロブスカイト型構造のチタン酸ストロンチウム(SrTiO3)の自立ナノ薄膜の合成に成功した。
・ 本研究には、米国エネルギー省(DOE)、米国空軍科学研究局(AFOSR)および米国立科学財団(NSF)が資金を提供した。
URL: https://cse.umn.edu/college/news/researchers-discover-new-process-create-freestanding-membranes-smart-materials
＜NEDO海外技術情報より＞
関連情報
Scicence Advances 掲載論文(フルテキスト）
Freestanding epitaxial SrTiO3 nanomembranes via remote epitaxy using hybrid molecular beam epitaxy
URL: https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.add5328
Abstract
The epitaxial growth of functional oxides using a substrate with a graphene layer is a highly desirable method for improving structural quality and obtaining freestanding epitaxial nanomembranes for scientific study, applications, and economical reuse of substrates. However, the aggressive oxidizing conditions typically used in growing epitaxial oxides can damage graphene. Here, we demonstrate the successful use of hybrid molecular beam epitaxy for SrTiO3 growth that does not require an independent oxygen source, thus avoiding graphene damage. This approach produces epitaxial films with self-regulating cation stoichiometry. Furthermore, the film (46-nm-thick SrTiO3) can be exfoliated and transferred to foreign substrates. These results open the door to future studies of previously unattainable freestanding oxide nanomembranes grown in an adsorption-controlled manner by hybrid molecular beam epitaxy. This approach has potentially important implications for the commercial application of perovskite oxides in flexible electronics and as a dielectric in van der Waals thin-film electronics.
