2019 Fiscal Year Annual Research Report
Mechanism of the ferroelectricity of novel dielectric material Sn-doped strontium titanate
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16K05398
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| Research Institution | The University of Electro-Communications |
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Principal Investigator |
阿部 浩二 電気通信大学, 大学院情報理工学研究科, 教授 (20183139)
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| Project Period (FY) |
2016-10-21 – 2020-03-31
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| Keywords | 酸化物量子常誘電体 / 新規機能性材料 / 構造相転移 / 熱測定 / 光散乱分光 / 第一原理計算 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
スマート社会の実現においては、Iot関連機器の基盤技術の開発は重要である。新規の機能性材料の開発には、機能の発現メカニズムの解明が必要である。本研究の目的は、Pbフリーの新規誘電体材料である量子常誘電体Sn1-xSnxTiO3 (SSTO)における金属イオンのドープによる強誘電性と構造相転移の制御メカニズムを解明することである。
目的を達成のため、格子のダイナミクスの視点と第一原理計算による構造安定性の始点から強誘電相の出現と構造相転移の抑制メカニズムの解明を行った。
SSTOの強誘電的相転移温度Tcを誘電率の測定から求めた。 光散乱分光からドープ量の増加に伴うSSTOの系の不均一化によりΓ点での赤外活性モードのソフト化は弱くなることが明らかとなった。一方、構造相転移に因る比熱の異常はSrSnTiO3がSnドープにより不均質な系となリラクサー化するために熱異常が極めて小さく、強誘電相転移に伴う比熱の異常は観測されなかった。一方、TiO6八面体の回転R25モードの凍結に伴う構造相転移に因る熱異常を観測することができた。
構造転移の抑制・消滅は、SrO結合に比べSnOの結合エネルギーが大きく、SnドープによるTiO6八面体の回転に伴う格子変形が阻害され、八面体ネットワークの崩壊と局在化が原因となっていることが明らかになった。このメカニズムを検証するために第一原理計算を用いてSSTOの構造安定性について議論した。
これらの熱測定の結果と格子振動の温度依存性、および結晶構造の観点からの考察により、SSTOのSnドープ量をパラメータとする常誘電、量子誘電、強誘電の相図を明らかにし、構造相転移の抑制メカニズムを解明することが出来た。この成果は、日本物理学会で2018年秋の物理学会（同志社大学京田辺キャンパス）、および第７５回年次大会（名古屋大）で発表した。
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Research Products
(1 results)
