強誘電体膜偏光の現場研究を可能にする増幅器の安定性

課題

エレクトロニクス産業において、強誘電体材料の薄膜に対する関心がますます高まっています。すでに薄膜コンデンサーで広く使用されているだけでなく、一部のタイプのRAMおよびRFIDカードでストレージビットを形成するためにも使用されています。薄い数個のユニットセルとしてフィルムを成長させ、操作する能力、つまり、原子ごとに、これらのアプリケーションのほとんどにメリットがあります。これらの進歩を可能にするために、研究者はこの成長加工方法中に薄膜の重要な特性を監視する方法を必要としています。

成功した研究

チューリッヒ工科大学の研究者グループ（モーガン・トラッシン博士とマンフレッド・フィエビッヒ教授が率いる）は、ウルトラファーストレーザ・再生増幅器と波長可変OPAの組み合わせ（Coherent Astrella/TOPAS）を利用した非侵襲的光学的方法を開発しました。その目的は、実際の堆積加工方法中および別の材料でオーバーレイした後の両方で、モデル強誘電体（BaTiO3）およびマルチフェロイック（BiFeO3）超薄膜の主要な偏光特性を測定することです。膜は、エキシマレーザ（Coherent LPX）を用いたパルスレーザ成膜（PLD）で作成されています。この方法は、厚さが数ユニットセル（u.c.）の薄膜の対称性に起因する小さな第二高調波発生（SHG）を測定することにより、膜の偏光を監視します。この概念は文献で議論されていましたが、これまでそのような極薄フィルムに適用されたことはありませんでした。

成果

研究者たちは、この手法を使用して、0〜20ユニットセル（u.c.）のフィルムで偏光の程度と方向の両方を決定することに成功しました。それ以来、彼らはこの方法を層状材料やモデルデバイスの研究に応用を続けています。詳細は以下で公開されています。G. De Luca、N. Strkalj、S. Manz、C. Bouillet、M. Fiebig & M. Trassin、「Nanoscale design of polarization in ultrathin ferroelectric heterostructures (極薄強誘電性ヘテロ構造における偏光のナノスケール設計)」、Nature Communications、8、p. 1419.

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