Site-selective analysis of local structure and electronic states of ferroelectrics using electron spectroscopic multi-probes

2019 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 18K18931
• Research Category: Grant-in-Aid for Challenging Research (Exploratory)
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Review Section: Medium-sized Section 26:Materials engineering and related fields
• Research Institution: Tohoku University
• Principal Investigator: Tsuda Kenji 東北大学, 学際科学フロンティア研究所, 教授 (00241274)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 森川 大輔 東北大学, 多元物質科学研究所, 助教 (10632416)
• Project Period (FY): 2018-06-29 – 2020-03-31
• Keywords: 電子線インコヒーレントチャンネリング / 軟X線発光分光 / 電子エネルギー損失分光 / 強誘電体 / ドープ原子

Outline of Final Research Achievements

Electron incoherent channeling techniques based on the combined use of electron spectroscopy and electron channeling effect, have been applied to local structure analysis of dopant atom sites in BaTiO3 ferroelectrics. Off-centering of dopant Ca atoms at Ba sites was revealed from characteristic X-ray incoherent channeling patterns obtained from a single ferroelectric domain area for the first time.

Free Research Field

電子線結晶学

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

チタン酸バリウム系強誘電体は、幅広い応用を持ち産業的にきわめて重要な物質系であり、その構造相転移や誘電特性制御のために金属や希土類などのドーピングが用いられている。しかしながら、ドープ原子の情報を選択的に取り出すことは通常の結晶構造解析では困難であった。本研究で、ナノ電子プローブで分光法と回折法を組み合わせる手法を用いることにより、単一強誘電ドメインからドープ原子の情報を選択的に取り出すことが可能となることを初めて実証した。これにより、ドープ原子サイトの局所構造情報とその相転移・誘電物性との相関をより詳細に明らかにする道筋を開いた。