2018 Fiscal Year Annual Research Report
Studies on ferroelectric molecular solids for piezoelectric functionalities
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16H02301
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| Research Institution | National Institute of Advanced Industrial Science and Technology |
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Principal Investigator |
堀内 佐智雄 国立研究開発法人産業技術総合研究所, エレクトロニクス・製造領域, 上級主任研究員 (30371074)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
長谷川 達生 東京大学, 大学院工学系研究科(工学部), 教授 (00242016)
石橋 章司 国立研究開発法人産業技術総合研究所, 材料・化学領域, 研究チーム長 (30356448)
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| Project Period (FY) |
2016-04-01 – 2019-03-31
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| Keywords | 強誘電体 / 結晶構造 / ドメイン構造 / 圧電性 / 有機材料 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
国内外での新規有機（反）強誘電体材料開発研究が近年急激に活性化するとともに、代表者（堀内）が2008年当時の開発状況を執筆したレビュー（Nat.Mater.）の引用数が伸びている。そこで、新規材料の評価実験に並行し、最終年度の成果の総括の一環として、国内外での材料開発研究動向も一斉に情報収集し、最新のレビュー論文完成に向けて、分極、誘電、圧電特性の物質横断・系統的な整理と現状の課題抽出に望んだ。そこで明らかとなった課題と、前年度までの成果を元に、相境界近傍を狙った材料探索が有望であることが示された。まず、電場誘起相変化材料の開発に取り組み、耐熱性をもちかつ分極スイッチ機能を有するビス（ベンゾイミダゾール）に焦点を当てた。フェニル基で架橋したBI2P結晶は、無電場状態では反強秩序がなくプロトン位置が乱れた常誘電相である点で、反強秩序を特徴とする反強誘電体とは一線を画する新たな相変化型材料であることを明らかにした。電場印加下で想定される強誘電相の構造の妥当性を評価するために、実験で得られた水素原子の無秩序配置のうち強誘電的配置のみを抽出した初期構造から理論計算で全原子位置の最適化を行なった。シミュレーションで得られた強誘電構造について、Berry位相の手法を用いて自発分極を見積もった結果、実験値に近い8.8μC/cm2の値を得、妥当性が裏つけられた。
薄膜化とその評価では、[Hdppz][Hca]単結晶薄膜内の強誘電ドメイン壁に関して、強誘電体電界変調イメージング（FFMI）による観測結果の解析を進め、PFM像との比較・結晶軸との相関・第一原理計算結果との比較等から、薄膜の厚み方向に対し３次元的な向きの異なる２種類の（いずれも中性）ドメイン壁が存在することが明らかになった。またFFMI法の高度化を進め、偏光の利用により可視域で透明の強誘電体のドメイン可視化も可能なことを見出した。
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| Research Progress Status |
平成30年度が最終年度であるため、記入しない。
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| Strategy for Future Research Activity |
平成30年度が最終年度であるため、記入しない。
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