2019 Fiscal Year Research-status Report
光誘電効果のメカニズム解明と新しい光機能性誘電体素子材料の創出
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18K18855
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| Research Institution | Nagoya University |
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Principal Investigator |
谷口 博基 名古屋大学, 理学研究科, 准教授 (80422525)
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| Project Period (FY) |
2018-06-29 – 2021-03-31
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| Keywords | 誘電体 / 光誘起現象 / 光電効果 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
優れた光誘電効果を示す物質（光応答性誘電体）の新規開発と、光誘電効果のメカニズム解明が本研究課題の目標である。本研究課題では、前年度までにLaAlO3系及びBaAl2O4系物質において即時的光誘電効果と永続的光誘電効果をそれぞれ発見した。さらに、第一原理計算を援用することで、酸素欠損によって導入される強く局在したギャップ内準位が光誘電効果の発現に重要な役割を果たしている可能性を見出した。この成果に基づいて光誘電効果の起源を実験的に解明するためには、光照射下で誘電緩和が生じる周波数から光誘電効果の応答速度を見積もり、その応答速度が照射光のエネルギーや強度、化学組成、電場印加、温度変化等によってどのように変化するかを調べることが重要である。しかしながら現状で我々の研究室における光誘電測定システムの測定可能周波数帯域は、これまでに見出した光応答性誘電体における光照射下の誘電緩和を観測するにはやや不足している。そこで本年度は、より高周波数帯域まで光照射下の誘電測定を実施可能なシステムの構築と、測定可能周波数帯域内で光照射下の誘電緩和を示す新規光応答性誘電体の探索、この二つの相補的なアプローチによって、光誘電効果の起源に関するより詳細な実験的知見の収集に取り組んだ。その結果、これまでに見出した光応答性誘電体Ba (Al0.97Zn0.03)2O4のAlの一部をGaで置換したBa[(Al0.95Ga0.05)0.97Zn0.03]2O4において光照射下の誘電緩和を観測することに成功し、本系の光誘電効果の応答周波数が107 Hz程度であることを明らかにした。
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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
本研究では、2015年に応募者が初めて見出した「光誘電効果」の発現機構解明を通して、光と誘電応答の相関に関する新しい基礎学理を切り拓き、そこで得られる知見に基づいて、新しい光応答性誘電体の創出と応用化に向けた材料特性の最適化に取り組み、革新的な光－誘電デバイス素子材料を創出することを目的としている。それに対して、現時点で既にLaAlO3系及びBaAl2O4系物質において複数の新規光応答性誘電体を発見している。さらに、光誘電行効果のメカニズム解明に関しても、その足掛かりとなる光誘電効果の応答周波数を、現状での測定可能周波数帯域内に見出すことに成功している。以上の成果より鑑みて、本研究は予定通りに進捗しているといえる。
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| Strategy for Future Research Activity |
今後は、光誘電効果の応答周波数に対して照射光のエネルギーや強度、化学組成、電場印加、温度変化等が及ぼす影響を詳細に調べ、光誘電効果のメカニズム解明に取り組む。照射光強度やエネルギー依存性、印加電場依存性、そして温度依存性の実験に関しては、現在の測定システムの制御系および試料マウントを適宜改善、拡充することで、より精密かつ定量的な測定を実施する。また測定試料に関しては、現時点で光照射下の誘電緩和の観測に成功しているBa[(Al0.95Ga0.05)0.97Zn0.03]2O4を軸としてGaやZnの置換量を系統的に変化させた試料を合成し、組成と光誘電効果の相関を調べる。以上によって得られた結果に基づいて、光誘電効果のメカニズムを明らかにする。研究の進捗に合わせて適宜、学会発表や論文発表を行い、社会への発信にも積極的に取り組む。
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| Causes of Carryover |
研究の進捗状況を鑑みて、測定可能周波数帯域内で光照射下の誘電緩和を示す新規光応答性誘電体の探索により注力したために、測定系拡充に使用する計画であった予算を一部次年度に繰り越した。繰り越し分に関しては、照射光強度やエネルギー依存性、印加電場依存性、そして温度依存性の測定精度向上に向けた制御系および試料マウントの改善・拡充などに使用する。また、成果発表に関する旅費に関して、新型コロナ肺炎感染拡大の影響により学会の現地開催が中止になったために一部次年度に繰り越した。繰り越し分は、実験の効率化に関わる消耗品費等を適宜拡充して使用する。
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