2017 Fiscal Year Annual Research Report
交流電場下での強誘電体の時分割構造解析による誘電緩和現象の動力学可視化
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17H02776
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| Research Institution | Hiroshima University |
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Principal Investigator |
黒岩 芳弘 広島大学, 理学研究科, 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, 利用研究促進部門, 研究員 (00443549)
和田 智志 山梨大学, 大学院総合研究部, 教授 (60240545)
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| Project Period (FY) |
2017-04-01 – 2020-03-31
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| Keywords | 誘電体物性 / 物性実験 / X線 / 超精密計測 / 構造・機能材料 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
交流電場下で，誘電体の分極が電場の時間変化に対応できなくなり誘電緩和状態にある瞬間の原子配置を時間分解Ｘ線結晶構造解析で明らかにし，動的誘電物性の発現機構を電場による原子変位の動力学から議論する研究基盤を確立することが本研究の目的である．
本研究では，研究代表者の黒岩（広島大学）と研究分担者の大沢（JASRI/SPring-8）および和田（山梨大学）が，互いの得意分野で協力し，研究を推進した．黒岩は強誘電体の放射光構造物性研究の専門家であり，本研究を統括した．大沢は時分割計測が得意分野であり，本研究に最適なＸ線チョッパーを開発した．和田は強誘電体・圧電体材料合成の専門家で，新奇な非鉛圧電体を合成し，誘電特性や圧電特性などを評価した．
本年度は，研究の目的を達成するために，①リラクサー等強誘電体の時分割構造解析と②非鉛圧電体の時分割構造解析の２つの研究課題を開始した．①では，黒岩がPMN-PT等の市販されている単結晶試料を購入し，電場印加下での構造解析実験のために必要な試料を加工できる環境を整備した．卓上型試料研磨機を導入したことで，均一な高電場を低電圧で印加できるようになった．また，黒岩は，電場‐温度相図の作成およびイオンのオフセンター量の見積もりなど，予備的な結晶構造の評価を大学に現有するX線回折装置で迅速に行う環境を整備した．そのために，高速X線検出器を導入してX線回折装置のアップグレードを行った．大沢は，SPring-8で自身が開発してきたＸ線チョッパーを改造し，本研究に最適なシステムを開発した．時分割実験はSPring-8で行い，黒岩の利用者指定重点研究課題でのビームタイムに大沢と和田が参加した．①の課題と並行して，②の課題では，和田が中心となって，ペロブスカイト型の新奇な非鉛圧電体材料を合成し，その電気特性を評価した．
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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
①リラクサー等強誘電体の時分割構造解析について，計画通り，大学で試料加工するための環境や予備的なＸ線構造解析実験をするための実験装置の整備を行うことができた．このことにより，SPring-8で電場印加下での時分割構造解析実験が効率よく行える環境が整備された．Ｘ線チョッパーの改造は大変うまくいき，従来と比較して2倍の強度が得られるようになった．単純には，約半分のビームタイムで実験ができるようになったので，大変効率が良くなった．大沢は，開発してきたＸ線チョッパーシステムの内容をまとめて国際誌と国内学会誌で報告した．一方，このＸ線チョッパーシステムと試料への電場印加システムを組み合わせて，いくつかの試料を用いて予備実験を行った．その成果の一部は，国際誌に発表し，また，国際会議や国内学会で報告した．①については，極めて順調に進展している．
②非鉛圧電体の時分割構造解析について，和田が材料を合成し，その特性を評価した．BaTiO3やBiFeO3をベースとした材料で興味ある特性が得られた．その成果についても一部を論文や学会などで公表した．セラミックス試料については合成に成功したが，構造解析でより多くの情報が得やすい単結晶試料については得られていないので，②については，おおむね順調に進展していると評価すべきと考える．
したがって，全体として，おおむね順調に進展していると評価した．
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| Strategy for Future Research Activity |
引き続き，①と②の研究課題を継続して行う．
①について，平成30年度からは， 電場－温度相図を意識した時分割実験を開始する．適当なDCバイアス電場印加下でAC電場を印加できるシステムを構築する．そのために必要な高速高電圧アンプシステムを新規に導入する．大沢はこの新しいアンプシステムに対応できるようにＸ線チョッパーの制御システムの最適化を行う．
②について，平成30年度から本格的に電場印加下での構造計測を開始する．すでに合成に成功しているセラミックス試料を使って静電場印加実験から始める．単結晶試料については，育成に努力する．
電場印加下での構造計測に関する最新の情報を国際会議や国内学会などで収集しながら，得られた成果を可能な限り早期に公表することを目指す．
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