ハイブリッド配位構造が導く強的秩序物性の解明とマルチステートの発現
| Project/Area Number |
23K23036
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| Project/Area Number (Other) |
22H01768 (2022-2023)
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
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| Allocation Type | Multi-year Fund (2024)
Single-year Grants (2022-2023) |
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| Section | 一般 |
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| Review Section |
Basic Section 26020:Inorganic materials and properties-related
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| Research Institution | Institute of Science Tokyo |
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Principal Investigator |
安井 伸太郎 東京工業大学, 科学技術創成研究院, 准教授 (40616687)
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| Project Period (FY) |
2022-04-01 – 2025-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2024)
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| Budget Amount *help |
¥17,810,000 (Direct Cost: ¥13,700,000、Indirect Cost: ¥4,110,000)
Fiscal Year 2024: ¥4,550,000 (Direct Cost: ¥3,500,000、Indirect Cost: ¥1,050,000)
Fiscal Year 2023: ¥4,550,000 (Direct Cost: ¥3,500,000、Indirect Cost: ¥1,050,000)
Fiscal Year 2022: ¥8,710,000 (Direct Cost: ¥6,700,000、Indirect Cost: ¥2,010,000)
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| Keywords | 強誘電体 / フェリ磁性体 / マルチフェロイック / k-Al2O3構造 / 強誘電性 / 磁性 |
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| Outline of Research at the Start |
本研究はハイブリッド配位構造が導く強的秩序物性の解明とマルチステートの発現を目指す。ハイブリッド配位構造を有するk-Al2O3型構造材料群が示すマルチステートは、強誘電分極反転することによって、結晶内の4配位カチオンと6配位カチオンの配位数が入れ替わり、6配位と4配位を取り得る事を可能とする。従って、フェリ磁性を磁場で制御する事に加えて、電場で制御することも可能となり、単物質では不可能であったと考えられるマルチステートな強的秩序物性を発現する可能性を秘める。本申請は実験的にその証明を行い、新しい学理の構築を目指す。
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| Outline of Annual Research Achievements |
誘電物性を確実に調査するためにＡＦｅＯ３おけるＡサイトにＳｃおよびＩｎを選択して研究を遂行した。選択するイオン半径はＦｅよりも大きなものを選択したほうが漏れ電流を抑制することが分かったが、一方でｋ‐Ａｌ２Ｏ３型の安定性が低下するトレードオフの関係であることを見出した。エピタキシャルＳｃＦｅＯ３薄膜において強誘電ヒステリシス曲線の測定は安定的に行うことを可能とし、１００Ｈｚ～１００ｋＨｚ周波数の範囲でその強誘電性が確認できた。それらの強誘電性は周波数依存性が大きく、ヒステリシス曲線における抗電界が大きく変化した。周波数が増加するとともに強誘電ヒステリシスにおける抗電界は大きくなり、残留分極も小さくなる。この挙動は分極反転運動におけるドメインモーションが従来型の変位型強誘電体（例えばペロブスカイト型強誘電体）と比較して非常に低速であるためであると考えると理解することできる。運動性に起因するのであれば温度にたいして依存性があると睨み、強誘電ヒステリシス曲線の温度依存性を取得すると、周波数依存性と同様の挙動を得ることが出来た。
また、ＳｃとＦｅの比率を変調させることで漏れ電流特性も変化した。Ｓｃ量が増加するとともに漏れ電流は低減した。ＧａＦｅＯ３と同様にＦｅの価数変化量が低減したことが原因であると推測できるが、Ｓｃはペロブスカイト型構造ＢｉＦｅＯ３におけるドーピング挙動と同様に漏れ電流特性改善に大きな寄与をもたらすことも理解できた。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
当初計画していた通りに研究が進んでいるため。
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| Strategy for Future Research Activity |
これまでに研究を進めてきたGaFeO3の組成と比較してScFeO3における強誘電性およびその漏れ電流特性は非常に有能であることが分かったために、より大きなイオン半径を有するIn系へ展開することで構成されるイオンとそれらの電気特性について網羅的に理解が可能となるので、その研究を進める。さらにはFeの占有サイトを明確化し、それらの磁性挙動を測定することで、詳細におけるマルチフェロイック特性を明瞭化する。
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Report
(2 results)
Research Products
(15 results)
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[Journal Article] Enhancement of crystal anisotropy and ferroelectricity by decreasing thickness in (Al,Sc)N films2022
Author(s)
Yasuoka Shinnosuke, Mizutani Ryoichi, Ota Reika, Shiraishi Takahisa, Shimizu Takao, Yasui Shintaro, Ehara Yoshitaka, Nishida Ken, Uehara Masato, Yamada Hiroshi, Akiyama Morito, Imai Yasuhiko, Sakata Osami, Funakubo Hiroshi
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Journal Title
Journal of the Ceramic Society of Japan
Volume: 130
Issue: 7
Pages: 436-441
DOI
ISSN
1348-6535, 1882-0743
Year and Date
2022-07-01
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Peer Reviewed
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