東北大学 原子分子材料科学高等研究機構（AIMR）助教の大澤健男氏（現 物質・材料研究機構（NIMS）主任研究員）と同准教授の一杉太郎氏の研究グループは，超高分解能顕微鏡と酸化物薄膜作製装置を組み合わせた装置を開発し，チタン酸ストロンチウム（SrTiO₃）単結晶表面上で金属酸化物薄膜が成長する様子を原子レベルで観察することに初めて成功し，その結果，チタン原子が薄膜表面に浮かび上がるという，薄膜成長メカニズムを明らかにした。

金属酸化物，特に SrTiO₃をはじめとしたペロブスカイト型酸化物は，超伝導や強磁性，強誘電性，触媒効果などの多彩な物性を示すことから身近な材料となっている。近年では，異なる酸化物が接触して形成する界面での新物性開拓が活発に行なわれている。しかし，それらの研究をさらに進展させる上で鍵となる，界面がどのように形成されるのか，すなわち薄膜状の結晶がどのように成長していくのかについて，その成長過程は未だ解明されていなかった。

研究グループでは，原子 1 つ 1 つが識別可能な走査型トンネル顕微鏡と，高品質な薄膜作製手法であるパルスレーザ堆積法が連結した複合装置を独自に開発してきた。それに加えて，表面の原子が周期的に並んだ SrTiO₃単結晶基板を準備する方法を確立し，その基板表面上に薄膜を成長させて，原子スケール空間分解能で薄膜の成長過程を観察した。

その結果，表面に SrTiO₃薄膜を堆積した場合と酸化ストロンチウム（SrOx） 薄膜を堆積した場合では成長過程が大きく異なることが分かった。さらに，SrTiO₃基板表面に存在した余剰のチタン原子が薄膜上に浮かび上がることを明らかにした。

以上により，酸化物薄膜が形成される過程で原子がどのように組み上がっていくのか，手に取るようにわかってきた。この研究成果は，界面物性の起源を解明することに役立つだけでなく，新材料開発を通じて新規エレクトロニクスデバイス創製につながることが期待される。

詳しくはこちら。