2019 Fiscal Year Research-status Report
Development of MPB free piezoelectric materials by reversible ferroelastic domain switching
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19K15288
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| Research Institution | National Institute for Materials Science |
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Principal Investigator |
清水 荘雄 国立研究開発法人物質・材料研究機構, 機能性材料研究拠点, 独立研究者 (60707587)
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| Project Period (FY) |
2019-04-01 – 2022-03-31
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| Keywords | 圧電体 / ドメインスイッチング / 電場誘起相転移 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
初年度にあたる２０１９年度は、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）薄膜をモデルとして、（１）正方晶相における電圧誘起ドメイン再配列の検証と高圧電特性の発現メカニズム（２）菱面体晶相ＰＺＴにおけるドメインスイッチングのその場Ｘ線回折（ＸＲＤ）測定、また（３）正方晶相と菱面体晶相が共存するＰＺＴ薄膜における電場に対する挙動について、それぞれ研究を行った。
（１）正方晶相における電圧誘起ドメイン再配列の検証と高圧電特性の発現メカニズムについては、ＰＺＴのドメイン再配列がある大きさ以上の電場をかけることにより起こることをラマン散乱法及び圧電応答顕微鏡によって明確にし、ドメイン再配列時に微細ドメインが導入されていることによって、ドメイン壁の移動が促進されることによって高い圧電性が生み出されることを明らかにした。また、このドメイン再配列は基板との熱膨張率差によって蓄積された熱歪を解放されることによって起きることをフェーズフィールドシミュレーションによって明らかにした。（２）菱面体晶相ＰＺＴにおけるドメインスイッチングのその場Ｘ線回折（ＸＲＤ）測定については、格子の変化が電場の印加及び除去に対してほとんど遅延なく追随するのに対して、ドメインスイッチングが電場の除去に対して遅れることを見出した。これはドメインスイッチングも遅延なく追随する正方晶の結果と異なるものである。（３）正方晶相と菱面体晶相が共存するＰＺＴ薄膜における電場に対する挙動については、（１００）配向したＰＺＴ薄膜においては、電場印加によって正方晶のｃ－ドメインが増加することを見出した。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
ＰＺＴ薄膜において、これまでの研究で明らかになっていた正方晶相の結果についてモデル化に成功した。このモデルは、この発現メカニズムが組成によって制限されるものではないことを示している。さらに、正方晶以外の菱面体晶相や２相共存を持つシステムについても同様の機構ができる可能性を示すことができた。
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| Strategy for Future Research Activity |
今後はＰＺＴ以外の非鉛圧電体であるチタン酸ビスマスナトリウム－チタン酸バリウム固溶体に対して、このメカニズムを適用することによって圧電性の向上を試みる。また、この系に関してその場測定などを適用していく予定である。
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| Causes of Carryover |
当初の予定よりも、ＰＺＴに関する研究が進んでおり、それに注力したため必要な備品・消耗品の購入を次年度に繰り越した。
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