ブックタイトル日本結晶学会誌Vol55No5

概要

日本結晶学会誌Vol55No5

SrTiO 3（110）基板上に成長させたBaTiO 3薄膜における特異な構造図2 SrTiO 3の（100）,（110）,（111）面における原子配列.（Atomic arrangement of（100）,（110）,（111）latticeplanes of SrTiO 3.）歪みが早く緩和することが示されている. 8)図2には,立方晶ペロブスカイト型構造をもつSTOの（100）,（110）,（111）の3つの低指数格子面を示した.図からわかるように前述の（100）面および（111）面はそれぞれ4回対称性,3回対称性をもっており面内異方性が弱い.それに対して,（110）面は2回対称性をもつ面であり強い面内異方性をもっている.本稿ではこのような異方性の強い基板上において,歪みの緩和の異方性がどのような影響を与え, BTO薄膜がどのような結晶構造・ドメイン構造を示すかについて研究を行った例について報告したい. 9),10)2．一軸性歪みによるBTO薄膜の擬正方晶構造図3面直方向に対するXRDパターンおよび結晶軸の模式図.（Out-of-plane XRD pattern of BTO/LSMO/STO and schematic diagram of crystal axes.）図3にSTO（110）面上に100 nm成長させたBTO薄膜における面直方向のXRD回折パターンを示す.ここでLa 0.7Sr 0.3MnO 3（LSMO）層は下部電極の役割を果している.本稿ではSTO（110）面上の薄膜について,ミラー指数を（hkl）pCもしくは［hkl］pCのように記述する（図3b）.本来BTOおよびLSMOは立方晶ペロブスカイト型構造ではなく,より低対称の結晶構造をもっているが,ここでは簡単のためこれらの薄膜に対しても擬立方晶の単位胞を用い,面直方向を［110］pC軸,面内方向の［001］_ pCおよび［11 0］pC軸と記述する.図に示すようにSTO, LSMO, BTOについて（hh0）pC（h＝1, 2, 3）反射が観測されており, LSMO層およびBTO層がSTO（110）pC面上にエピタキシャル成長していることを示している. BTOのバルクの正方晶構造においては,立方晶では等価な6つの｛110｝面が,異なる面間隔をもつ2つのグループに分けられる. 1つ目のグループは2つの格子面を含み,面間隔は2.823 Aである.この2つの格子面は面内に分極軸を含む格子面である.もう一方のグループは残りの4つの格子面が属し, 2.838 Aという長い面間隔をもっている.本研究におけるBTO薄膜の面直XRDパターンから算出した（110）pC面の面間隔は2.851 Aであり,バルクのどちらの値よりも大きくなっている.STO（110）面上のBTO薄膜における結晶構造の変化に日本結晶学会誌第55巻第5号（2013）図4 STO（a）222および（b）400ブラッグ反射付近における逆格子マップ.（Reciprocal space map nearSTO（a）222 and（b）400 Bragg reflections.）ついてさらに詳細に調べるために, XRD逆格子マッピング測定によって面内の格子定数を求めた.逆格子マッピングはSTO基板の（222）pC（図4a）および（400）pC反射（図4b）付近について行った.逆格子マッピング測定における（222）pC反射から求めた（001）pC面の面間隔は3.971 Aであり,この値はバルクのa軸の格子定数である3.992 Aよりも0.6％程度小さくなっている.この格子定数の減少は,STO基板から圧縮応力を受けていることを示している.それに対して,（400）pC反射の逆格子の座標から算出した（11 _ 0）pC面の面間隔は2.854 Aとなっており,この値はバルクの値（2.823 Aまたは2.838 A）よりも大きく,面直方291