2019 Fiscal Year Annual Research Report
Development of Mechanical Nano-ferroelectrics induced by nanoscale strain field of lattice defects
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18K18806
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| Research Institution | Kyoto University |
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Principal Investigator |
北村 隆行 京都大学, 工学研究科, 教授 (20169882)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
澄川 貴志 京都大学, 工学研究科, 准教授 (80403989)
嶋田 隆広 京都大学, 工学研究科, 准教授 (20534259)
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| Project Period (FY) |
2018-06-29 – 2020-03-31
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| Keywords | 格子欠陥 / ナノひずみ場 / 強誘電性 / 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 |
強誘電(圧電)材料は、ナノ機械要素や高密度記録デバイスなど次世代科学技術の基幹を成すが、それらの実用化には精密に形状制御されたナノサイズでの機能保持が重要な課題である。特に、ナノサイズの強誘電材料では自由表面が形成する反電場が支配的となることで臨界ナノ寸法を境に強誘電性が消失することが指摘されている。一方、研究代表者らは格子欠陥が有する固有のナノひずみ集中場がナノ～原子スケールの強誘電性を発現させることに気づいた。さらに、欠陥構造やひずみ集中場の特性に依存して、従来の直線状とは異なる特異な強誘電性が現れる可能性がある。これにより、新たな技術革新が期待できるが、その特性や発現機構は解明されていない。本研究では、欠陥構造とその固有ひずみ集中場に依存して発現するナノ強誘電特性を評価・解明することを主目的とする。
最終年度である2019年度は、欠陥を配列したナノ試験片に対するその場TEM観察負荷試験を行い、転位列の力学特性をとらえることに成功した。さらに、欠陥周囲のひずみ集中場を観察し、負荷に応じて変化する転位近傍のひずみ場をとらえることに成功した。第一原理解析と分子動力学のハイブリッド大規模解析により、欠陥周囲のひずみ場の解析し、同ひずみ集中域で生じる強誘電特性とひずみ-強誘電性のマルチフィジックス特性を評価した。欠陥近傍の力学場に応じて現れる強誘電特性が変化することを明らかにし、欠陥と力学によるナノ物性の制御の可能性を示した。
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