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2022 Fiscal Year Annual Research Report

機能化格子欠陥による磁性強誘電原子構造体の創出と力学的機能設計

Research Project

Project/Area Number 20H02027
Research InstitutionKyoto University

Principal Investigator

嶋田 隆広  京都大学, 工学研究科, 教授 (20534259)

Project Period (FY) 2020-04-01 – 2023-03-31
Keywords格子欠陥 / 強誘電体 / 磁性 / マルチフィジックス特性 / 第一原理計算
Outline of Annual Research Achievements

マルチフェロイクス(磁性強誘電体)は、相反する発現機構を有する磁性と強誘電性の両物性を示す点に特徴があり、これらの特性間における相互作用を利用してナノ電磁気機械システムや記録メディアなどの科学技術基盤を成す材料として注目を集めている。本研究では、材料中に含まれる原子空孔や転位、結晶粒界といった格子欠陥にマルチフェロイック特性が発現し得ることに着目し、格子欠陥に固有の微視的原子・電子構造に依存して発現する磁性強誘電性とその発現機構を解明することを目的とする。
より高度な機能を発現する対象として、表面と原子空孔が会合する複合欠陥領域についての解析を行った。その結果、空孔周囲にはSkyrmionやMeronといった位相幾何学的特徴を持った分極秩序に加え、同時に磁性も発現することを見出した。欠陥周囲の力学場等の物理場を評価したところ、表面構造ならびに空孔構造が作り出す変形場が融合することでトポロジカルな秩序が誘起されることが明らかになった。さらに、空孔同士がクラスタリングすることでSkyrmion Bubbleなどの多様なトポロジカル微視分極組織が形成されることを示し、これによって欠陥の自己組織化を利用した高度機能化の可能性を見出した。こうした力学場・分極・磁性のカップリング効果を考慮した力学モデルを構築し、独自のPhase-fieldプログラムに実装した。これにより、大規模な系でのマルチフィジックス・モデリングが可能となり、今後欠陥誘起機能の設計や高度化指針の構築が期待できる。

Research Progress Status

令和4年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

令和4年度が最終年度であるため、記入しない。

  • Research Products

    (16 results)

All 2023 2022 Other

All Int'l Joint Research (1 results) Journal Article (7 results) (of which Int'l Joint Research: 4 results,  Peer Reviewed: 7 results) Presentation (7 results) (of which Int'l Joint Research: 2 results,  Invited: 1 results) Remarks (1 results)

  • [Int'l Joint Research] 浙江大学/中国科学院(中国)

    • Country Name
      CHINA
    • Counterpart Institution
      浙江大学/中国科学院
  • [Journal Article] High fracture toughness in van der Waals-layered MoTe2: Disappearance of stress singularity2023

    • Author(s)
      Hirakata Hiroyuki、Akiyoshi Masao、Masuda Ryoichi、Shimada Takahiro
    • Journal Title

      Engineering Fracture Mechanics

      Volume: 277 Pages: 108974~108974

    • DOI

      10.1016/j.engfracmech.2022.108974

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Effects of excess electrons/holes on fracture toughness of single-crystal Si2023

    • Author(s)
      Hirakata Hiroyuki、Homma Shigekazu、Noda Hiroki、Sakaguchi Shumpei、Shimada Takahiro
    • Journal Title

      Journal of Applied Physics

      Volume: 133 Pages: 035101~035101

    • DOI

      10.1063/5.0123580

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Mechanical Acceleration and Control of the Thermal Motion of a Magnetic Skyrmion2022

    • Author(s)
      Wang Yu、Kitamura Takayuki、Wang Jie、Hirakata Hiroyuki、Shimada Takahiro
    • Journal Title

      Physical Review Applied

      Volume: 18 Pages: 014049~014049

    • DOI

      10.1103/physrevapplied.18.014049

    • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] Effective modeling of magnitude-fluctuated magnetization dynamics: Dynamic precursor effect in magnets2022

    • Author(s)
      Wang Yu、Wang Jie、Kitamura Takayuki、Hirakata Hiroyuki、Shimada Takahiro
    • Journal Title

      Physical Review B

      Volume: 106 Pages: 094423~094423

    • DOI

      10.1103/physrevb.106.094423

    • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] Exponential Temperature Effects on Skyrmion-Skyrmion Interaction2022

    • Author(s)
      Wang Yu、Wang Jie、Kitamura Takayuki、Hirakata Hiroyuki、Shimada Takahiro
    • Journal Title

      Physical Review Applied

      Volume: 18 Pages: 014049~014049

    • DOI

      10.1103/physrevapplied.18.044024

    • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] A novel atomic J-integral concept beyond conventional fracture mechanics2022

    • Author(s)
      Jia Pengfei、Huang Kai、Yu Hongjun、Shimada Takahiro、Guo Licheng、Kitamura Takayuki
    • Journal Title

      Theoretical and Applied Fracture Mechanics

      Volume: 121 Pages: 103531~103531

    • DOI

      10.1016/j.tafmec.2022.103531

    • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] Bending deformation and self-restoration of submicron-sized graphite cantilevers2022

    • Author(s)
      Akiyoshi Masao、Koike Shunya、Shimada Takahiro、Hirakata Hiroyuki
    • Journal Title

      Acta Materialia

      Volume: 241 Pages: 118381~118381

    • DOI

      10.1016/j.actamat.2022.118381

    • Peer Reviewed
  • [Presentation] 材料強度の電子的制御とその量子論的力学機構2022

    • Author(s)
      嶋田 隆広
    • Organizer
      粉体粉末冶金協会2022年度春季大会(第129回講演大会)
    • Invited
  • [Presentation] 電子ドープによる結晶の弾性特性変化に関する第一原理解析2022

    • Author(s)
      嶋田 隆広
    • Organizer
      第35回計算力学講演会(CMD2022)
  • [Presentation] 鉄単結晶におけるひずみ誘起磁気相転移の電子的制御に関する第一原理解析2022

    • Author(s)
      阿部能将
    • Organizer
      第2回マルチスケールマテリアルモデリングシンポジウム(第7回マルチスケール材料力学シンポジウム)
  • [Presentation] 強誘電スキルミオンのナノメカニカルライティング2022

    • Author(s)
      笠井恒汰
    • Organizer
      第2回マルチスケールマテリアルモデリングシンポジウム(第7回マルチスケール材料力学シンポジウム)
  • [Presentation] 強誘電体ナノ薄膜への押し込みによる分極スキルミオン組織形成に関するPhase-field解析2022

    • Author(s)
      笠井恒汰
    • Organizer
      第35回計算力学講演会(CMD2022)
  • [Presentation] Phase-field Simulation of Mechanically Induced Polar Skyrmions in PbTiO3 Ultrathin Films2022

    • Author(s)
      Kohta Kasai
    • Organizer
      ICMR2022
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Temperature Dependence of the Magnetic Skyrmion-Skyrmion Interaction: A Phase-Field Study2022

    • Author(s)
      Yu Wang
    • Organizer
      ICMR2022
    • Int'l Joint Research
  • [Remarks] 京都大学・材料物性学研究室

    • URL

      https://material.me.kyoto-u.ac.jp/

URL: 

Published: 2023-12-25  

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