2021 Fiscal Year Research-status Report
シリケート化合物による機能性強誘電体材料の創製と量子ビーム解析
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19K05010
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| Research Institution | 一般財団法人総合科学研究機構(総合科学研究センター(総合科学研究室)及び中性子科学センター(研究開発 |
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Principal Investigator |
石川 喜久 一般財団法人総合科学研究機構(総合科学研究センター(総合科学研究室)及び中性子科学センター(研究開発, 中性子科学センター, 研究員 (30772579)
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| Project Period (FY) |
2019-04-01 – 2023-03-31
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| Keywords | 強誘電体 / 中性子回折 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
シリケート化合物ABSi2O7(A=K, Rb, etc, B=Nb, Ta)はNbO6八面体に由来する変位型強誘電体である。結晶構造の特徴として、NbO6八面体とSiO4四面体が頂点共有をしており、多面体間に大きな空隙を持つことが挙げられる。そのため、結晶構造から予想される電気的な物性として、強固な多面体による頂点共有ネットワークがワイドバンドギャップを形成し、多面体間の空隙に配置される一価のカチオンが高い移動自由度を持つことが考えられる。
本研究では、量子ビームを用いてABSi2O7の強誘電性及びイオン導電性発現機構を解明し、高機能性強誘電体の創製に展開することを目的とする。具体的には、A-siteにK+にLi+をドープした試料を作成し、幅広い温度域のX線・中性子回折を通してA+カチオンの熱的挙動を解明することにより、イオン導電性の起源を明らかにすることを目指す。
2021年度は、KNbSi2O7の安定した試料合成を進めてX線回折による精密構造解析を進めた。室温以下によるK+の非当方温度因子がc軸方向に有意に広がっており、空隙間の自由度と強い関係があることがわかった。一方で、X線回折では軽元素であるA+イオンの詳細な挙動を明らかにすることが難しく、中性子回折を用いた構造解析が必要である。
本年度は、得られたKNbSi2O7のよる構造解析を進め、A+カチオンのイオン導電性発現機構を明らかにすることを目指す。具体的には、結晶構造因子の重みを加味した誤差分布に着目した手法を導入し、最大エントロピー法について検討を進める予定である。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
当初の実施計画である試料合成および解析手法の開発については概ね予定通りに進められている。一方で、カチオン置換によるイオン導電性の検討について、安定した試料合成に至っていない。そのため、安定構造であるKNbSi2O7に焦点をあてて、X線回折による精密構造解析を実施した。一方で、X線回折では軽元素のカチオンの詳細な挙動を解明することが容易ではなく、非調和性を含めた検討には中性子回折を実施することが望ましい。このとき、中性子回折には多くの試料量を必要とするため、合成プロセスの高効率化を進めることを検討している。
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| Strategy for Future Research Activity |
本年度は引き続き量子ビーム測定に必要となるABSi2O7の合成を進める。得られた試料について、誘電率測定による物性を検討し、X線および中性子回折装置を用いた低温から高温度までの回折実験を実施する。得られたデータに対して、重みつき誤差分布を考慮した精密構造解析を通してA+カチオンの熱的挙動の解明を行う予定である。
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| Causes of Carryover |
COVID-19により延期していた国際学会について、オンライン開催となったため移動および滞在費として計上していた予定額より少額の出費となった。また、合成用試薬について想定よりも安価に購入することができたため、使用額との差が生じる結果となった。一方で、近年のリチウムイオン電池(LIB)の原料となるLi2CO3の高騰が続いており、本年度は実験に必要となる量を購入する予定である。また、国内学会を中心にオンラインでなく、現地開催が実施されるようになっている。これらを受けて、本年度は中性子回折実験で用いる機器の購入および対外発表を中心に使用する予定ある。
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