Establishment of structural measurement system for elucidating mechanism of giant piezoelectric response of pseudo-cubic fluctured ferroelectrics
| Project/Area Number |
20H02641
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
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| Allocation Type | Single-year Grants |
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| Section | 一般 |
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| Review Section |
Basic Section 30010:Crystal engineering-related
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| Research Institution | Hiroshima University |
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Principal Investigator |
Kuroiwa Yoshihiro 広島大学, 先進理工系科学研究科(理), 教授 (40225280)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
大沢 仁志 公益財団法人高輝度光科学研究センター, 分光推進室, 研究員 (00443549)
藤井 一郎 山梨大学, 大学院総合研究部, 准教授 (20597645)
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| Project Period (FY) |
2020-04-01 – 2023-03-31
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| Project Status |
Completed (Fiscal Year 2022)
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| Budget Amount *help |
¥18,200,000 (Direct Cost: ¥14,000,000、Indirect Cost: ¥4,200,000)
Fiscal Year 2022: ¥2,080,000 (Direct Cost: ¥1,600,000、Indirect Cost: ¥480,000)
Fiscal Year 2021: ¥4,940,000 (Direct Cost: ¥3,800,000、Indirect Cost: ¥1,140,000)
Fiscal Year 2020: ¥11,180,000 (Direct Cost: ¥8,600,000、Indirect Cost: ¥2,580,000)
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| Keywords | 誘電体物性 / ペロブスカイト / X線回折 / 電場印加実験 / 時分割実験 / 結晶構造解析 / 放射光 / 物性実験 / X線 / 超精密計測 / 構造・機能材料 / Ｘ線 |
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| Outline of Research at the Start |
立方晶系に帰属する点群の中に極性点群はない．したがって，立方晶の物質に強誘電性は期待できない．しかし，我々のグループで，一見して立方晶に見える非鉛系セラミックス材料が強誘電性を示し，PZTに匹敵する圧電特性をもつことを見出した．本研究では，このような材料の単結晶を育成し，放射光時分割構造解析により分極発現機構とその反転の動的仕組みを理解する．フラクチャード強誘電体という新研究分野を立ち上げ，この種の非鉛圧電材料について議論する場をリードすることが最終目標である．
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| Outline of Final Research Achievements |
We have developed the crystal structure measurement system under applied electric field by means of synchrotron radiation time-resolved single-crystal X-ray diffraction to clarify the mechanism of significant ferroelectricity and piezoelectricity in the lead-free pseudo-cubic perovskite-type oxides, called fluctured ferroelectrics.
The material contains bismuth ions with similar electronic states instead of lead ions. The bismuth ion was found to be off-centered from the high-symmetry position in the crystal and could be ordered in any direction toward the electric filed to form nanodomains when the electric field was applied. We have revealed that the rearrangement of these nanodomains significantly contributes to the dielectric properties.
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| Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements |
誘電体の分野では，近年，環境問題に配意して，チタン酸ジルコン酸鉛等の代替品として，有害な鉛を含まない非鉛圧電材料の開発が盛んである．我々のグループでも非鉛材料の探索を行ってきた結果，ペロブスカイト型構造をもつ擬立方晶0.3BaTiO3-0.1Bi(Mg1/2Ti1/2)O3-0.6BiFeO3（BT-BMT-BF）が優れた強誘電性と圧電特性をもつことを見出した．一般に，立方晶系に帰属する点群の中に極性点群はないことから，立方晶の物質に強誘電性は期待できない．この物質では今までにない新規な仕組みで誘電特性が発現することから，新たな材料設計の指針を示すことができたと考えている．
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Report
(4 results)
Research Products
(59 results)
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[Presentation] Piezoelectricity Caused by Partial Ordering of Bismuth-ions in Perovskite-type Pseudo-cubic Ferroelectrics2022
Author(s)
T. Hokii, S. Kim, Y. Yatabe, Y. Nakahira, C. Moriyoshi, H. Osawa, M. Hirose, I. Fujii, S. Ueno, Y. Sato, S. Wada and Y. Kuroiwa
Organizer
15th International Symposium on Ferroic Domains & Micro- to Nano-scopic Structures (ISFD-15)
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[Presentation] ビスマスを含む擬立方晶ペロブスカイト型強誘電体の圧電特性2022
Author(s)
保木井貴大, Kim Sangwook, 矢多部優介, 中平夕貴, 森吉千佳子, 大沢仁志, 藤井一郎, 上野慎太郎, 佐藤幸生, 和田智志, 黒岩芳弘
Organizer
日本物理学会2022年秋季大会
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[Presentation] 0.8BiFeO3-0.2BaTiO3の原子分解能電子顕微鏡解析2020
Author(s)
宮内隆輝, 佐藤幸生, 寺西亮, 金子賢治, Kim Sangwook, 藤井一郎, 上野慎太郎, 中平夕貴, 森吉千佳子, 黒岩芳弘, 和田智志
Organizer
日本MRS主催「MRMフォーラム」
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