Engineering ferroelectricity and ferromagnetism of ternary oxides and their application

Abstract

3개의 원소로 이루어진 삼원계 산화물은 이원계 산화물과 달리 두 개의 원소를 가지고 있기 때문에 산화 상태가 여러 가지로 존재할 수 있다는 점에서 배터리의 전극 재료, 에너지 저장장치, 스핀트로닉 등 다양한 분야로 응응할 수 있기 때문에 활발하게 연구가 진행되고 있다. 특히 다양한 원소를 치환하여 전기적이나 자기적 성능을 향상시킬 수 있기 때문에, 산화물의 강유전성이나 강자성을 변화시키는 연구가 활발하게 진행되고 있다. 본 연구에서는 대표적인 강유전체 중 하나인 타이타늄산바륨 (BTO)에 스트로늄 (Sr)과 텅스텐 (W)을 첨가하여 고상합성법으로 합성하고, 구조 분석을 통해 Sr과 W가 타이타늄산바륨의 상전이 온도와 엔탈피에 영향을 줄 수 있음을 보였다. 또한 대표적인 강자성체 이트륨철석류석 (YIG)에 얼븀 (Er)을 첨가하여 고상합성법으로 합성하고 자기적, 광학적, 구조적 특성 분석을 통해 저온에서의 석류석의 자성의 세기를 바꿀 수 있음을 확인했으며, 광학적인 특성도 변화시켜 강자성체가 가지는 이점을 다양한 분야로 활용할 수 있음을 보이는 연구를 수행하였다. YIG가 소자로서의 가능성을 확인하기 위해서는 실제로 응용되는 형태인 단결정의 형태로 만드는 것이 중요하다. 본 연구에서는 YIG를 플로팅존 장비로 단결정으로 성장시키는 방법 또한 제안하여 안정적으로 YIG 단결정을 만드는 방법 연구를 수행하였으며, 대표적인 이차원 물질 그래핀을 단결정에 성공적으로 올려 YIG의 자성을 이용하여 이차원 물질을 다양하게 활용할 수 있음을 보이는 연구를 수행하였다.;In recent years, there has been tremendous progress in the development of ternary oxide-based photoelectrodes, especially, photoanodes. Compared to binary oxides, the use of ternary oxides has more opportunities to adjust the composition and electronic structure of the photoelectrodes, which increases the degree of freedom to adjust the photoelectrochemical properties. Ternary metal oxides (AxByOz) have been widely studied due to its multiple redox reactions and high electrical conductivities. Figure 1. 1 shows the structure of photoelectrochemical cells using ternary metal oxides. Ternary oxides are composed of two different metal ions bonded in an oxide matrix. A and B represent the metal elements having a low oxidation state and a high oxidation state, respectively. Both metal elements A and B play roles in the electrochemical energy storage process In our work, we studied the engineering ferroelectricity and ferromagnetism of ternary oxides and their application for future new devices.