第一原理計算に基づくBiFeO_3バルク中の原子空孔におけるマルチフェロイクス特性

摘要

ペロブスカイト型酸化物BiFeO_3は，強誘電性と強磁性を同時に示し，マルチフェロイクスと呼ばれる．マルチフェロイクス中の両特性は互いに強く相互作用するため，次世代のメモリー素子やスピントロニクスデバイスへの利用が期待されている．ナノ構造体では，その微小な体積のため，欠陥などが材料特性をする場合がある．原子空孔は，材料内部に多数存在する典型的な欠陥であり，特有の電子状態（欠陥準位）を有している．この欠陥準位は空孔周囲の静電場を乱すため，特有の強誘電特性が現れると予測される．一方，BiFeO_3の磁性はFe 原子が担うが，空孔が有する欠陥準位によりFe 原子の電子配列が乱れるため，原子空孔はBiFeO_3の磁気特性に影響を及ぼすと予測される．以上より，BiFeO_3中の原子空孔は特有のマルチフェロイクス特性を示すと考えられる．しかし，その研究例は空孔の安定性評価にとどまっており，そのマルチフェロイクス特性を明らかにした例はない．そこで，本研究では原子·電子レベルでの検討が可能な第一原理解析により，BiFeO_3バルク中の原子空孔が有する特有のマルチフェロイクス特性を明らかにする．