2019 Fiscal Year Annual Research Report
イオンダイナミクス解析のためのテラヘルツ分光エリプソメータシステムの構築
| Project/Area Number |
18H01703
|
|---|
| Research Institution | Tokyo Institute of Technology |
|---|
Principal Investigator |
保科 拓也 東京工業大学, 物質理工学院, 准教授 (80509399)
|
|---|
| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
武田 博明 東京工業大学, 物質理工学院, 准教授 (00324971)
鶴見 敬章 東京工業大学, 物質理工学院, 教授 (70188647)
|
|---|
| Project Period (FY) |
2018-04-01 – 2022-03-31
|
| Keywords | 誘電体 / リチウムイオン伝導体 / テラヘルツ計測 / ミリ波・サブミリ波 / イオンダイナミクス |
|---|
| Outline of Annual Research Achievements |
超スマート社会や持続可能なエネルギー社会の実現に向けて、セラミックコンデンサや固体電池への期待がますます高まっている。これらに用いられる材料の誘電特性あるいはイオン導電性の起源を担っているのは外部電場によるイオンの振動あるいは移動であり、これらの物性を統一的に扱う学問体系の構築が重要である。本研究では、テラヘルツ分光エリプソメータシステムを構築し、ミリ波～テラヘルツ波帯域での複素誘電率測定を可能にする。また、得られる実測データを分子動力学計算によって再現することで、誘電特性やイオン導電性の起源となるイオンダイナミクスを理解する。
該当年度は、テラヘルツ分光エリプソメータシステムを用いて、様々なグレインサイズを有するチタン酸バリウムセラミックスの複素誘電率をサブテラヘルツ～テラヘルツの領域で測定した。これによって、チタン酸バリウムセラミックスのグレインサイズ効果について誘電分極メカニズムが理解された。すなわち、グレインサイズの変化にともに、強誘電ソフトモードおよび秩序・無秩序モードの誘電分極への寄与が変化することを実験的に明らかにした。また、鉛系リラクサー強誘電体に関しては、温度変化に伴い分極ナノ領域（PNR）の大きさが変化することが知られているが、これが誘電率にどのような影響を与えるのか、サブテラヘルツ～テラヘルツ波帯域の複素誘電率を測定することによって理解した。一方、リチウムイオン伝導体中のリチウムイオン伝導がフォノンと関係があることを、実験と計算によって検証を継続している。フォノンモードとイオンの伝導経路によって協奏的作用が異なることがわかってきた。
|
| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
テラヘルツ帯域の誘電特性評価を行い、チタン酸バリウムのサイズ効果、鉛系リラクサー強誘電体、リチウムイオン伝導体について、それぞれで新しい知見を得ている。本研究で目指している測定技術や計算技術の向上という点でも確実に進歩しており、研究計画は順調に進展していると判断される。
|
| Strategy for Future Research Activity |
引き続き、テラヘルツ分光エリプソメータシステムを用いて、誘電体あるいはイオン伝導体のミリ波～テラヘルツ波帯域の複素誘電率を測定し、それぞれのイオンダイナミクスを明らかにする。誘電体に関する研究では、鉛系リラクサー強誘電体、非鉛系リラクサー強誘電体のテラヘルツ誘電特性を測定し、誘電特性の定量的理解を目指す。特に、人為的に分極ナノ領域のサイズを変化させた試料を作製して、ナノ構造と誘電率の相関を明らかにする。分極ナノ領域のサイズを制御するために、セラミックスを焼成後、急冷処理を施す、添加物を微量添加する、ACポーリング処理を施すなどの手法を試みる。また、チタン酸バリウム系、チタン酸ストロンチウム系に関しては、格子欠陥の導入によってイオン分極や双極子分極がどのように変化するのか実験と計算によって明らかにする。
得られた結果をとりまとめ学会発表や論文発表を行うことで国内外に成果を発信する。
|
