新規ウルツ鉱構造の絶縁体物質の創生に成功 －圧電体、強誘電体の材料群を飛躍的に増やす可能性を示唆－

新規ウルツ鉱構造の絶縁体物質の創生に成功－圧電体、強誘電体の材料群を飛躍的に増やす可能性を示唆－

2025年3月19日 14:00 | プレスリリース?研究成果

【本学研究者情报】

〇电気通信研究所　准教授　平永良臣

【発表のポイント】

复数の金属元素が同时に存在して初めてウルツ鉱构造を有する复合窒化物において、圧电性や强诱电性を示す物质を世界で初めて作製。
さまざまな组成の窒化物に応用可能であり、より広い组成范囲でウルツ鉱构造物质の発见に期待。
高周波のノイズフィルタや超低消费电力で高速动作する不挥発性メモリへの応用が可能。

【概要】

东京科学大学（Science Tokyo）物質理工学院材料系の影山壮太郎大学院生（修士2年）、冈本一辉助教、舟洼浩教授、横田紘子教授、米国のペンシルベニア州立大のVenkatraman Gopalan（ベンカタラマン?ゴパラン）教授、東北大学の平永良臣准教授、上智大学理工学部の内田寛教授らは、二つの元素が存在する、ウルツ鉱構造窒化物において、圧电性（用语1）や强诱电性（用语2）を示す物质を作製することに世界で初めて成功しました。

ウルツ鉱构造を有する窒化物は、ノーベル赏を受赏した青色LEDで使用されている窒化ガリウム（GaN）や、スマートフォンの高周波ノイズフィルタで使用されている窒化アルミニウム（AlN）に代表される、优れた机能性物质群です。さらに近年では、従来の半导体に加えて、絶縁体の形で、エネルギー変换材料や强诱电体メモリなどへの応用も急激に进んでいます。しかし、选択できる金属元素の种类が限られているため、制御できる特性の范囲も限定されてしまうという问题点がありました。

今回の研究では、资源量が豊富なマグネシウム（Mg）とシリコン（Si）の二つの元素を含む窒化物で、GaNやAlNと同じウルツ鉱构造の絶縁体MgSiN₂薄膜の作製に世界で初めて成功しました。このウルツ鉱构造の絶縁体は、MgやSiのいずれかのみでは合成できず、二つの元素が同时に存在することで作製が可能になります。得られた物质は、既知の物质とほぼ同等の光学および圧电特性を有することも确认されました。この成果により、他にもさらに多くの组成でのウルツ鉱构造物质合成が可能になり、それによって、従来考えられていたよりも飞跃的に幅広い特性が実现することが期待できます。

本成果は、2月6日付（现地时间）で「Advanced Electronic Materials」誌に掲载されました。

図1. ウルツ鉱构造を有する窒化物に含まれる元素のイメージ

【用语解説】

（1）圧电性：電気的なエネルギーを機械的なエネルギーに変換する特性。

（2）强诱电性：プラスとマイナスに帯電している元素から構成されている物質のうち、電圧をかける方向によって、プラスとマイナスの元素の位置を変えることができる特性。

【论文情报】

掲載誌：Advanced Electronic Materials
論文タイトル：Realization of Non-equilibrium Wurtzite Structure in Heterovalent Ternary MgSiN2 Film Grown by Reactive Sputtering
著者：Sotaro Kageyama, Kazuki Okamoto, Shinnosuke Yasuoka, Keisuke Ide, Kota Hanzawa, Yoshiomi Hiranaga, Pochun Hsieh, Sankalpa Hazra, Albert Suceava, Akash Saha, Hiroko Yokota, Kei Shigematsu, Masaki Azuma, Venkatraman Gopalan, Hiroshi Uchida, Hidenori Hiramatsu, Hiroshi Funakubo
Adv. Electron. Mater. 2025, 2400880
顿翱滨：

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