2018 Fiscal Year Annual Research Report
格子欠陥が拓く原子スケール磁性強誘電体とその力学的機能制御
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17H03145
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| Research Institution | Kyoto University |
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Principal Investigator |
嶋田 隆広 京都大学, 工学研究科, 准教授 (20534259)
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| Project Period (FY) |
2017-04-01 – 2020-03-31
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| Keywords | 格子欠陥 / 強誘電体 / 磁性 / マルチフィジックス特性 / 第一原理解析 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
磁性強誘電体（マルチフェロイクス）は、従来相反する磁性と強誘電性を同時に示すことが特徴であり、両特性間相互作用を利用して次世代ナノ科学技術の基幹を成す最重要材料として注目を集めている。この強誘電性・磁性は材料寸法に非常に敏感であることが知られており、特に、ナノスケールの構造体では臨界寸法を境に消失することが報告されている。一方、本研究では、材料中に存在する転位や原子空孔といった格子欠陥部に同特性が特異的に発現することに着目し、格子欠陥を工学利用することで臨界寸法以下の微細な磁性強誘電体を創出できる可能性を見出した。本研究では、格子欠陥の微視的構造に依存して発現する特異な磁性強誘電性と、その発現機構を解明することを目的としている。さらに、負荷ひずみに対する同特性の連動性(マルチフィジックス)の究明を目指す。
二年目である平成３０年度は、(1)格子欠陥を有するモデルに対して負荷条件下での量子解析を実施し、負荷に対する欠陥特有の変形特性を解析した。同時に、負荷に連動する磁性・強誘電特性の変化(マルチフィジックス特性)を評価した。負荷に応じて、磁性の発現・消滅が確認され、機能発現の力学的なコントロールが可能であることが示唆された。(2)負荷を受ける格子欠陥構造について、変形と物性の相互作用を電子状態から検討した。負荷によって欠陥構造の対称性の破れが生じ、これに応じて電子状態におけるスピン分極が誘起されることが明らかになった。(3)次年度実施するメカニズム解明のため、反電場等を解析するプログラムの構築した。(4)開発した解析プログラムを本年度購入申請の計算装置に実装・調整した。材料内部の格子欠陥における反電場を解析するシステムを構築した。(5)磁性強誘電性の力学モデル構築のため、現有のPhase Fieldプログラムを改造した。
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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
本年度の計画は、(1)負荷に対する格子欠陥特性の連動特性（マルチフィジックス）評価、(2)マルチフィジックス特性の電子論的解明、(3)反電場解析プログラムの構築、(4)その装置開発とプログラム実装、(5)力学モデルのベースとなるPhase-fieldプログラムの構築である。研究実績欄に記載のとおり、これらの予定項目（１）～（５）はすべて実施し、それぞれの目的を達成している。したがって、本研究は当初予定どおり、順調に進展している。
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| Strategy for Future Research Activity |
研究は順調に進展しており、今後の研究の推進方策も当初予定した以下の項目について実施する予定である。
（１）原子スケール磁性強誘電体の内部電場解析、（２）発現メカニズムの解明、（３）力学モデルの構築、（４）力学モデルのPhase-field解析の開発と実施、（５）研究成果のまとめと将来展望。
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