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2020 Fiscal Year Research-status Report

「強誘電体分極の巨大近接効果」の現象としての確立

Research Project

Project/Area Number 19K21853
Research InstitutionKyushu University

Principal Investigator

渡部 行男  九州大学, 理学研究院, 教授 (40274550)

Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) 藤澤 浩訓  兵庫県立大学, 工学研究科, 教授 (30285340)
佐藤 琢哉  東京工業大学, 理学院, 教授 (40451885) [Withdrawn]
横田 紘子  千葉大学, 大学院理学研究院, 准教授 (50608742)
Project Period (FY) 2019-06-28 – 2022-03-31
Keywords強誘電体 / 分域 / 近接効果 / SHG
Outline of Annual Research Achievements

等方的誘電体の分極は、電場印加で、電気力線に沿う。同様に、強誘電体に閾値以上の電場を印加すると、自発分極も、閾値の範囲でほぼ電気力線に沿う。これが、従来の確立した理解である。代表者らは、原子レベルに平坦で清浄な表面を持ち、表面を含めて非常に欠陥が少ない強誘電体単結晶で、不可解な現象に遭った:電場印加で、電極から遠く離れ、電極からの電場が無視できる広域な自由表面で、分極が揃った。この時、超高真空中で光を遮断することで、水分,吸着物,光等の外因性を除去した。 この現象について、さらに偏光顕微鏡観察で再現性を高めた。また、この現象を、従来の確立した理論を用いると全く説明できないことを示し、発表した。
これに加え、この現象の3次元的な分極分布を詳細に解明するため、第2高調波(SHG)を用いた分極方向の画像化の準備を進めた。第2高調波(SHG)を用いた分極方向の画像化の準備として、試料移動と信号検出の自動化を行った。また、100点近くの光学素子や部品の検討と図面作成とそのための台の設計とその予備実験検討を行った。ただし、この間に、検討した光学部品の国際的品切れが発生し、これが全て解決してから、購入する予定(4月中)になった。これに関して、SHGでの分極画像化の開始者である上江洲名誉教授と千葉大横田准教授と頻繁に協議し、さらに、物材機構の栗林氏とも協議した。また、本研究の基盤となる理論解析法を整備し発表した。

Current Status of Research Progress
Current Status of Research Progress

3: Progress in research has been slightly delayed.

Reason

代表者と分担者共に、コロナウィルスの蔓延により、本人と学生の行動が公的に制限され、実験に使える時間が減ったことと、光学系の設計を繰り返し変更したこと(図面上で実験を繰り返したこととその予備データを取ったこと)が主な理由である。

Strategy for Future Research Activity

1.今年度、実験に制限が多かったため、本研究を実現する多方面からの検討をする時間が得られた。これに関する実験論文を早期に書き上げた後、この検討をを進める。
2.光学装置一式を千葉大に送って組み上げて頂き、8月頃までに、それで動作試験を繰り返して頂く。そこで初期データを取り、その後、九大に一旦戻し、より細かい検討を行う。
3.上記に並行して、理論解析の手法を整え、本現象の理論を提出する。

Causes of Carryover

進捗状況に記載したよう、国際的品切れによる購入遅れが一因である(現在確保して頂いている)。さらに、コロナウィルスの蔓延により、国内外の出張がなくなり、従来これに使っていた校費が余ったため、校費で科研費の物品を購入したことも大きい。尚、分担者への配分が少ないのは、科研費終了後、代表者が購入した消耗品を移管し、備品を移管または長期貸し出しすることで事前に合意しているためである。

  • Research Products

    (10 results)

All 2021 2020

All Journal Article (2 results) (of which Peer Reviewed: 2 results) Presentation (8 results) (of which Int'l Joint Research: 1 results)

  • [Journal Article] Examination of Permittivity for Depolarization Field of Ferroelectric by Ab initio Calculation, Suggesting Hidden Mechanisms2021

    • Author(s)
      Y. Watanabe
    • Journal Title

      Scientific Reports

      Volume: 10 Pages: 2155

    • DOI

      10.1038/s41598-021-81237-0

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Breakdown of ion-polarization-correspondence and born effective charges: Algebraic formulas of accurate polarization under field2020

    • Author(s)
      Y. Watanabe
    • Journal Title

      Physical Review Materials

      Volume: 4 Pages: 104405

    • DOI

      10.1103/PhysRevMaterials.4.104405

    • Peer Reviewed
  • [Presentation] Breakdown of ion-polarization-correspondence & born effective chargesAlgebraic formulas of accurate polarization under field2021

    • Author(s)
      Y. Watanabe
    • Organizer
      Fundamental Physics of Ferroelectrics
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] 強誘電体の反電場に用いる誘電率の値 と隠れた機構2021

    • Author(s)
      Y. Watanabe
    • Organizer
      応用物理学会
  • [Presentation] 電場中の正確な分極を与える代数式:従来の「イオン位置-分極対応とボルン有効電荷」の修正2021

    • Author(s)
      Y. Watanabe
    • Organizer
      応用物理学会
  • [Presentation] 透明酸化物電極上への(Hf,Zr)O2薄膜の作製2021

    • Author(s)
      尾内 惇平、藤沢 浩訓、中嶋 誠二
    • Organizer
      応用物理学会
  • [Presentation] 揺らぎの無い場合の基底状態としての SrTiO3 の強誘電性2020

    • Author(s)
      Y. Watanabe
    • Organizer
      応用物理学会
  • [Presentation] SrTiO3-BaTiO3 系の自発分極を格子パラメーターから精密に求める半経験的代数式2020

    • Author(s)
      Y. Watanabe
    • Organizer
      応用物理学会
  • [Presentation] 強誘電体の第一原理計算の精度の基準の提案 及び 応力歪による分極増加の改定2020

    • Author(s)
      Y. Watanabe
    • Organizer
      応用物理学会
  • [Presentation] MOCVD法によるSi基板上へのBiFeO3薄膜のMOCVD成長2020

    • Author(s)
      小山手 厚人、藤沢 浩訓、中嶋 誠二
    • Organizer
      応用物理学会

URL: 

Published: 2021-12-27  

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