2020 Fiscal Year Research-status Report
超高圧下中性子回折・電気分極同時測定法の開発と強相関遷移金属酸化物への応用
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19K12646
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| Research Institution | Japan Atomic Energy Agency |
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Principal Investigator |
長壁 豊隆 国立研究開発法人日本原子力研究開発機構, 原子力科学研究部門 原子力科学研究所 物質科学研究センター, 研究主幹 (80354900)
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| Project Period (FY) |
2019-04-01 – 2023-03-31
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| Keywords | 高圧力 / 中性子回折 / 電気分極 / マルチフェロイクス |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では、10GPa級の超高圧下で単結晶中性子回折(構造、磁性)と電気分極を同時測定するための技術の確立を目的とする。さらに、省エネルギー記録素子等の機能性材料としての応用も期待されているMn系マルチフェロイック物質にこれを応用する。未知の圧力誘起強誘電強磁性相を創生し、電気磁気交差相関性を精密に検証することを目指す。
R2年度は、代表者が開発した単結晶中性子回折用対向ハイブリッドアンビル式高圧セル(HAC)を用いた焦電法による電気分極測定手法の開発を行なった。具体的には、対向アンビル式の高圧セルで電気分極測定をする際に不可欠な絶縁ガスケットの開発を進めた。電気分極測定ではポーリングのために500V程度の耐電圧性が必要となる。加圧下でも500Vの耐電圧絶縁性能を安定して持たせるため、これまでの2倍以上の厚さ200μmを超えるミタニライト絶縁皮膜を成膜したA2017アルミ合金ガスケットを開発した。実際にHACを用いて上記ガスケットの絶縁性能を確認した結果、5GPaにおいて500Vの電圧に対して5MΩの絶縁抵抗を示すことが明らかとなり、マルチフェロイック物質の焦電法による高圧下電気分極測定に必要なガスケットの条件は満たしたと考えている。
一方、マルチフェロイック物質TbMn2O5について、HACにセット可能な0.6mm×0.6mm×厚さ0.2mmの微小試料について、Dupount社製銀ペースト (4922N)を酢酸n-ブチルセロソルブで希釈したもので試料両面に電極を形成した試料を準備した。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
4: Progress in research has been delayed.
Reason
5.研究実績の概要のとおり、マルチフェロイック物質TbMn2O5について、HACにセット可能なサイズの電極付き試料を準備した。R2年度中に研究協力者(東北大学多元物質科学研究所 木村教授)が所有する電気分極測定装置を用いてHACの試料サイズで分極シグナルが十分に得られるかどうか、まずは常圧で確認をする予定であったが、新型コロナウイルス感染症の感染拡大や年度末の宮城県沖地震の影響により現時点で未測定となっているため、遅れていると判断する。測定環境が整い次第、テスト測定を再開する。
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| Strategy for Future Research Activity |
R3年度に、5.研究実績の概要で記載したTbMn2O5の微小試料のシグナル観測に成功し次第、新たに開発した本複合ガスケットをHACに適用して高圧下電気分極の測定を進める。また、R3年7月以降に供用運転を再開するJRR-3において、HACを用いてTbMn2O5磁気反射の圧力・温度依存性を調べる。これと電気分極を詳細に比較することで、未知の圧力誘起強誘電強磁性相を含む圧力-温度相図の全体像を明らかにし、この物質の磁気構造と電気分極の相関を調べる。
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| Causes of Carryover |
次年度使用額が生じた理由は、7.現在までの進捗状況で示した様に、研究協力者が所有する電気分極測定装置を用いてマルチフェロイクス物質TbMn2O5について、HACの試料サイスでのシグナルの確認をする予定であったが、新型コロナウイルス感染症の感染拡大の影響のため出張が不可能となり、当初予定していた旅費が未使用となったため。また、この遅れにより、中性子回折と電気分極の同時測定システムを構築するためのソフトウェア製作費用や電気分極測定に必要なピコアンメーター(KEITHLEY 6487)の購入も遅らせたため、未使用となった。R3年度以降の使用計画としては、上記試験測定を改めて実施するための旅費とともに、同時測定用電気分極測定システムを構築するために必要な機器の購入費用とする。
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[Journal Article] Origin of large ferroelectric polarization enhancement under high-pressure for multiferroic DyMnO3 revealed by polarized and unpolarized neutron diffraction2020
Author(s)
N. Terada, N. Qureshi, A. Stunault, M. Enderle, B. Ouladdiaf, C. Colin, D.D. Khalyavin, P. Manuel, F. Orlandi, S. Miyahara, D. Prabhakaran, T. Osakabe
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Journal Title
Physical Review B
Volume: 102
Pages: 085131 1-7
DOI
Peer Reviewed / Int'l Joint Research
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