2021 Fiscal Year Annual Research Report
Domain engineering of relaxor thin films using structure gradient region
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19H02421
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| Research Institution | Kumamoto University |
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Principal Investigator |
木口 賢紀 熊本大学, 先進マグネシウム国際研究センター, 教授 (70311660)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
山田 智明 名古屋大学, 工学研究科, 教授 (80509349)
今野 豊彦 東北大学, 金属材料研究所, 教授 (90260447)
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| Project Period (FY) |
2019-04-01 – 2022-03-31
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| Keywords | PMN-PT薄膜 / 格子ミスマッチ / ミスフィット歪み / 熱歪み / 相転移 / 加熱XRD測定 / STEM / CSD法 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究は、XRDとSTEM法による構造解析によって、基板の弾性的拘束による歪みがPMN-PT薄膜の組織形成に及ぼす影響を調べた。以下に、本研究で得られた成果を示す。
(1) (001)SrTiO3、(001)LSAT、(001)KTaO3単結晶基板上に成長したPMN-PT薄膜において、MPB組成域は、STO, LSAT上でそれぞれx=0.6-0.8、KTO上でx=0.6-0.9であった。また、薄膜中の残存している平均的な引っ張り歪みは、STO<LSAT<KTO上薄膜の順であり、熱膨張係数に起因する歪みが支配的に働いていることが示唆された。
(2)MPB組成域における正方晶90°ドメインが、ミスフィット転位の増加に伴って高密度化・微細化することを明らかにした。これは、ミスフィット転位が90°ドメイン核生成サイトとなっていること、ドメイン密度が増加するにつれドメイン同士の干渉により、ドメイン幅が減少することを示している。
(3)熱分解後の、結晶化前駆状態の薄膜組織をSTEM法で観察することで、熱分解後の組織では、基板直上に整合界面を有する原子1層分のコヒーレント層が存在し、全体の膜厚は約30 nmであることが確認された。結晶化後の組織ではミスフィット転位の導入された半整合界面となっていることから、結晶化温度において、コヒーレント層がシード層の役割を果たし、さらに、アモルファス層が結晶化する際に、体積収縮による歪みが発生する可能性が示唆された。
(4)各基板上における薄膜組織の高温X線回折より、薄膜には結晶化の段階で既に引っ張り歪みが存在し、その大きさは基板の熱膨張係数に依存すると推察された。この歪みが薄膜組織において支配的であり、熱歪みの蓄積や相転移を介しても基板種間の大小関係は維持されると考察し、薄膜ドメインエンジニアリング実現に向けた薄膜組織形成モデルを提案した。
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| Research Progress Status |
令和3年度が最終年度であるため、記入しない。
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| Strategy for Future Research Activity |
令和3年度が最終年度であるため、記入しない。
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