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図３ ＳｒＴａＯ２Ｎ薄膜の断面の透過型電子顕微鏡写真
Ｎｂ添加ＳｒＴｉＯ３基板上にペロブスカイト型結晶構造の薄膜がエピタキシャル成長
しており、酸化物や窒化物などの不純物相はみられない。
４分割
フォトダイオード
レーザー光
ロックイン
増幅器
導電性
チップ
[001]
交流電源
逆ピエゾ効果
による変位
[100]
Ps
Ps
強誘電体的挙動を
示す微小領域
(初めての発見)
周囲の領域も電場に
よって強誘電体的な
挙動が誘起される。
初期状態
0.3 μm
A
A
2
0
-2
-6
-8
-100
1st
2nd
-4
-4
0
4
DC bias (V)
DC電圧
(V)
0
100
圧電応答(任意単位)
8
SrTaO2N
Piezoresponse (a.u.)
4
圧電応答 (任意単位)
(a.u.)
Piezoresponse
圧電応答
(任意単位)
B
10
B
5
0
-5
-8
-4
0
4
8
DC電圧
(V)
DC bias (V)
図４ ＳｒＴａＯ２Ｎ薄膜の圧電応答顕微鏡像
（上図）圧電応答顕微鏡の模式図と（下図）ＳｒＴａＯ２Ｎ薄膜の圧電応答像。色の濃
淡が応答の強さを、赤色と青色は分極の向き（基板側を向いているか、表面側を向いてい
るか）を表す。濃い赤色の領域（Ａ点）では直流電場印加前の状態でも強い信号が観察さ
れ、電場印加に対して強誘電体的なヒステリシスカーブを示している。一方、薄い色の領
域（Ｂ点）は初期状態では圧電応答を示さないが、直流電場を加えることによって強誘電
体的な挙動が引き起こされている。
5
[100]
全エネルギー（相対値）の最小値
Minimum of
(eV) energy/eV
relative total
[001]
0.3
trans型
0.2
cis型
0.1
不安定化
0.0
3.95
4.00
4.05
In-plane
lattice
parameter/Å
面内格子定数 (Å)
4.10
図５ 基板からの圧力による酸素－窒素配列の変化についての第一原理計算の結果
ａｂ面内方向の格子定数（右図横軸）が小さくなるにつれてｃｉｓ型のエネルギーが増
大して不安定化し、ｔｒａｎｓ型構造が相対的に安定化される傾向が示された。
＜用語解説＞
注１）強誘電体（常誘電体）
強誘電体とは、電場を外から加えない状態でも自発的に電気分極を示し、その向きを電
場によって反転可能な物質を指す。常誘電体は電場を加えていない状態では電気分極を示
さない物質。
注２）窒素プラズマ支援パルスレーザー堆積法
紫外パルスレーザーによって蒸発気化させた原料物質を、プラズマにより活性化した窒
素と基板上で反応させて薄膜を成長させる合成法。
注３）ペロブスカイト型
ペロブスカイト（灰チタン石：ＣａＴｉＯ３）と同じ結晶構造。一般式ＡＢＸ３で表され
る。
注４）第一原理計算
モデル化や経験的パラメータを用いず、基礎物理定数から物質内部の電子状態を数値計
算し、さまざまな物理的・化学的性質を研究する手法。
注５）比誘電率
物質に電場をかけた際に生じる電気分極の大きさを表す値。
注６）エピタキシャル成長
格子定数が一致した単結晶基板結晶の上に、類似の結晶構造を持つ薄膜結晶を成長させ
る手法。
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注７）圧電応答顕微鏡
走査プローブ顕微鏡の一種で、強誘電体が圧電性を示すことを利用して電気分極の向き
を可視化する手法。
試料と微小なチップの間に電圧を加えた際に生じる試料の伸び縮み（逆
ピエゾ効果）を高い空間分解能で測定可能な装置。
＜論文タイトル＞
“Possible ferroelectricity in perovskite oxynitride SrTaO2N epitaxial thin films”
（ペロブスカイト酸窒化物ＳｒＴａＯ ２ Ｎエピタキシャル薄膜における強誘電性の可能
性）
ＤＯＩ：10.1038/srep04987
＜お問い合わせ先＞
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長谷川 哲也（ハセガワ テツヤ）
東京大学 大学院理学系研究科 化学専攻 教授
〒113-0033 東京都文京区本郷７－３－１ 東京大学理学部化学西館
Tel：03-5841-4353
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〒102-0076 東京都千代田区五番町７ Ｋ’ｓ五番町
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研究支援グループ 川嶋 政宣、前川 真喜子
Tel：044-819-2034
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