2020 Fiscal Year Annual Research Report
ＰＺＴナノロッドの分極のソフト化による巨大圧電応答の実現と非鉛材料への展開
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19J21955
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| Research Institution | Nagoya University |
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Principal Investigator |
岡本 一輝 名古屋大学, 工学研究科, 特別研究員(DC1)
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| Project Period (FY) |
2019-04-25 – 2022-03-31
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| Keywords | 強誘電体 / 圧電体 / ナノ構造 / サイズ効果 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では、強誘電体ナノロッドにおいて脱分極電界による分極のソフト化を用いた巨大圧電応答の発現メカニズムの実証を目的とする。
2年目では、主に①パルスレーザー堆積を用いたチタン酸ジルコン酸鉛(PZT)ナノロッドの作製とその評価、②集束イオンビーム加工によるチタン酸ジルコン酸鉛(PZT)ナノロッドの作製、③ナノロッド試料の分極状態の電界依存性の測定を目指した第二高調波発生分析装置の構築、を行った。
研究①では蛍光X線装置を用いてナノロッド試料の定量評価を行い、組成ずれの少ないナノロッドの作製条件を明らかにした。これにより理論との定量比較が可能な段階になった。研究②では、PZT薄膜を集束イオンビームでエッチング加工することで直立するPZTナノロッドを作製できることを確認した。しかし、作製時に試料が帯電することによる試料の移動と、ビーム周囲のフレアによる分解能の点から再現よく作製することに制限がある。そこで作製する構造を直立したナノロッドではなく、横向きのナノロッドへ変更を検討している。これによりエッチング深さを減らし、作製が容易になると考えられる。研究③では第二高調波発生を用いた分極状態の測定装置構築に取り組んだ。これまでにその分極測定装置の基本的な構築を終えている。本研究の目的である巨大圧電応答の発現メカニズムの実証には結晶構造の対称性の測定が重要である。現在薄膜試料の測定を試みており、完了し次第ナノロッドの測定を行う予定である。これらを用いて電界印加による晶系変化を調べ、分極のソフト化のメカニズムについて詳細に調べる。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
現在までの進捗状況の自己点検による評価は、やや遅れている、である。
本年度までの研究で、脱分極電界によりもたらされる分極のソフト化について実証については、これまでの成果から、半径の小さいナノロッドにおける圧電特性の向上は脱分極電界がもたらす分極のソフト化により説明できることが分かっている。蛍光X線装置を用いてナノロッド試料の定量評価を行い、組成ずれの少ないナノロッドの作製条件を解明したことにより、これまでに実験的に得た圧電定数の半径依存性とランダウ理論に基づく理論計算と定量比較できる段階に到達した。また、これまでに得られた圧電定数の増加は脱分極電界を考慮した理論計算の結果と矛盾しないことがわかっている。しかし、これまでの測定ではその分極のソフト化を直接観察した実験データを得られていない。2年目で行った集束イオンビームを用いたナノロッドの作製方法と第二高調波発生を用いた分極状態の測定装置を組み合わせて実施することで、この直接測定ができると考えられる。
2021年度に学会発表及び論文投稿を実施する予定であるが、上記のような直接観察した結果が得られれば、さらに大きな進展が得られる。
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| Strategy for Future Research Activity |
脱分極電界によりもたらされる分極のソフト化について実証については、2020年度に構築した第二高調波発生を用いた分極状態測定装置を用いて実施する予定である。この測定方法により、これまでX線回折測定からは得ることが困難であった結晶構造の対称性を測定し、試料に電界印加する前後での変化を明らかにする。これにより分極のソフト化を直接測定できると考えられる。これまでに基本的な構築は完了している。現在は薄膜試料の測定を試みており、完了し次第ナノロッドの測定を行う予定である。これらを用いて電界印加による晶系変化を調べ、分極のソフト化のメカニズムについて詳細に調べる。
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