2018 Fiscal Year Annual Research Report
Permittivity control due to dielectric tunable materials using ferroelectric critical endpoint
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16K13820
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| Research Institution | Nagoya Institute of Technology |
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Principal Investigator |
岩田 真 名古屋工業大学, 工学(系)研究科(研究院), 教授 (40262886)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
籠宮 功 名古屋工業大学, 工学(系)研究科(研究院), 准教授 (40318811)
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| Project Period (FY) |
2016-04-01 – 2019-03-31
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| Keywords | 強誘電体 / 誘電率 / 誘電チューナビィティー / 電場誘起相転移 / 臨界点 / ペロブスカイト / 酸化物 / 構造相転移 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
誘電チューナブル材料とは、DC 電場によって誘電率が大きく変化する材料である。その変化の割合を表す誘電チューナビリティー t は、t={ε(0)-ε(Emax)}/ε(0) で定義される。ここで、ε(0) と ε(Emax) はゼロ DC 電場下と最大 DC 電場 Emax 下の誘電率である。スマートフォンでは、現在、700 MHz から 2.1 GHzの周波数帯の電波が使用されているので、この周波数帯をカバーするバンドパスフィルター回路では、中心周波数を約 3 倍変化させる必要がある。もしフィルターに LC 回路を用いるならは、電気容量を約 10 倍変化させる必要があるので、実用化の必要条件は、チューナビリティーが 90% 以上となる。
これまでのチューナブル材料の探索では、ヒステリシスループの角型性が小さいソフト強誘電体材料やリラクサーや複合材料(含人工超格子)のような非線形性の大きな不均一系材料が調べられてきたが、探索に指導原理が無く、経験則による研究が進められていた。申請者の知る限り、申請段階でt = 90% を越える材料は、まだ見つかっていなかった。
過去に申請者らは、強誘電体 (1-x)Pb(Zn1/3Nb2/3)O3-xPbTiO3 の電場誘起相転移に関する物性研究の中で、強誘電体の臨界点を用いると、臨界温度近傍で大きな誘電チューナビリティーを示すことを実験・理論の両面から明らかにした。これは申請者のオリジナルなアイディアであり、特許 (特許第603270) も取得している。
本申請研究では、室温付近に相転移を示す材料を探索し、2017 年、Pb(Sc1/2Ta1/2)O3 (PST) 単結晶を育成し、室温付近でチューナリティーが 90% を越えることを実験的に明らかにした。昨年度は、PST の基礎的物性に不明な点が多かったので、特に誘電特性の解明を行った。
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