Development of muon-based measurement of local charge dynamics in relaxor ferroelectrics

2023 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 20K05312
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Section: 一般
• Review Section: Basic Section 29010:Applied physical properties-related
• Research Institution: Tohoku University (2022-2023); High Energy Accelerator Research Organization (2020-2021)
• Principal Investigator: Okabe Hirotaka 東北大学, 金属材料研究所, 特任助教 (20406838)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 平石 雅俊 茨城大学, 理工学研究科(理学野), 研究員 (80712653) ; 西村 昇一郎 大学共同利用機関法人高エネルギー加速器研究機構, 物質構造科学研究所, 特別助教 (20836431)
• Project Period (FY): 2020-04-01 – 2024-03-31
• Keywords: ミュオン / μSR / リラクサー

Outline of Final Research Achievements

We have researched to observe the dynamics of polar nanoregions in relaxor ferroelectrics by measuring local charge fluctuations using the muon spin rotation relaxation (μSR) method. A new measurement technique called the transient (unstable external conditions) μSR method was developed and applied to measure an antiferromagnetic relaxor ferroelectric (1-x)BiFeO3-xBaTiO3. By measuring these materials, we succeeded in observing the magnetic fluctuation exhibited by the iron spin and the charge fluctuation of the ferroelectric nanodomain inside the relaxor coexisting with it.

Free Research Field

固体物理，量子ビーム物質科学（ミュオン，中性子）

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

リラクサー強誘電体は理想的な圧電・誘電材料として様々な分野で利用されているが，この優れた特性の起源は未だ議論の最中にある．本研究では，リラクサーが持つ微小な不均質構造の時間揺らぎ（局所電荷揺らぎ）を観測する新しい手法を開発し，実際のリラクサー強誘電体(1-x)BiFeO3-xBaTiO3に適用することで，局所電荷揺らぎの観測に成功した．本研究成果はリラクサー強誘電体のみならず，ナノサイズの電荷ダイナミクスを利用した半導体エレクトロニクス分野にも革新をもたらすことが期待される．