高性能NEMSに向けたドメイン構造による巨大圧電アクチュエータの実現
| Project/Area Number |
12J03056
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| Research Category |
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
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| Allocation Type | Single-year Grants |
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| Section | 国内 |
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| Research Field |
Inorganic materials/Physical properties
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| Research Institution | Tokyo Institute of Technology |
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Principal Investigator |
江原 祥隆 東京工業大学, 大学院総合理工学研究科, 特別研究員(DC2)
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| Project Period (FY) |
2012 – 2013
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| Project Status |
Completed (Fiscal Year 2013)
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| Budget Amount *help |
¥1,800,000 (Direct Cost: ¥1,800,000)
Fiscal Year 2013: ¥900,000 (Direct Cost: ¥900,000)
Fiscal Year 2012: ¥900,000 (Direct Cost: ¥900,000)
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| Keywords | 強誘電体薄膜 / 圧電体薄膜 / NEMS / 無ヒステリシス / 高速圧電応答 / 熱膨張係数 / 結晶構造制御 / 圧電高速応答 |
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| Research Abstract |
NEMS (Nano Electro Mechanical Systems)応用に向け、ヒステリシスが無くそして大きな変位を有する圧電材料の開発を達成する目的のために、特殊な単結晶基板を使用することで代表的な圧電材料であるPb(Zr, Ti)03[PZT]膜の結晶構造の制御を行った。更に電界下における各結晶構造の変化を観察しそれらが圧電特性に及ぼす影響を明らかにした。
今年度は結晶構造を制御した薄膜の圧電特性の評価を行った。
特に各(100), (110), (111)に構造制御された正方晶PZTおよび菱面体晶PZTをpulse電界印加によって直接結晶構造の変化を観察することにより圧電特性を評価した。方法としては、in-situ圧電/分極同時測定を放射光による電界下X線回折測定(XRD, SPring-8)を用いて行った。電界下のXRD測定を行うことにより各結晶構造の変化(格子伸縮および分極のチルト角度の変化)を観察できた。また両者の結晶構造ともに高速パルス(200ns)による測定でも分極軸のチルトが格子伸長ともに半分の割合で圧電特性に寄与していることも確認した。両者ともに分極軸のチルト成分が大きな歪を誘起することを明らかにした。これらの歪成分が従来の測定方法である圧電応答顕微鏡(PFM)で測定したマクロな歪を良く一致した。
しかし、正方晶構造と菱面体晶構造を比較すると、正方晶構造がより速い速度の電界にも応答することがわかった。これは正方晶構造が菱面体晶構造よりも基板の拘束が大きいためことが確認できた。従って、正方晶構造を有したPZT膜では電界に対してヒステリシスがなく更に大きな変位を誘起することを本研究では見出した。
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| Strategy for Future Research Activity |
(抄録なし)
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Report
(2 results)
Research Products
(32 results)
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[Presentation] In-situ Observation of Domain Dynamics in Epitaxial Pb (Zr, Ti) O3 Films using Nano-second Order Measurement Setup of Synchrotron XRD2013
Author(s)
Yoshitaka Ehara, Shintaro Yasui, Takahiro Oikawa, Takahisa Shiraishi, Hiroki Tanaka, Noriyuki Kaneko, Tomoaki Yamada, Yasuhiko Imai, Hiroo Tajiri, Osami Sakata and Hiroshi Funakubo.
Organizer
2013 JSAP-MRS Joint Symposia
Place of Presentation
Doshisha University, Kyoto
Year and Date
2013-08-17
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[Presentation] PLD法を用いたエピタキシャルPb(Zr,Ti)O3ナノロッドの成長過程の観察とその強誘電及び圧電特性2012
Author(s)
山田智明, 中村健太郎, 田中秀典, 江原祥隆, 安井伸太郎, 及川貴弘, 坂田修身, 舟窪浩, 吉野正人, 長崎正雅
Organizer
第73回応用物理学会学術講演会
Place of Presentation
愛媛、 松山大学
Year and Date
2012-09-14
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[Presentation] Piezoresponse Enhancement of PZT Films by Nanometer-size Domain Formation2012
Author(s)
Ayumi Wada, Yoshitaka Ehara, Shintaro Yasui, Mitsumasa Nakajima, Takahiro Oikawa, Takahisa Shiraishi, Ken Nishida, Masamichi Nishide, Takashi Yamamoto, Takeshi Kobayashi, Hitoshi Morioka, Osami Sakata, Yasuhiko Imai, Tomoaki Yamada, Hiroshi Funakubo
Organizer
2012 MRS Fall Meeting & Exhibi
Place of Presentation
Boston、 USA
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