2021 Fiscal Year Research-status Report
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20K20546
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| Research Institution | Kyoto University |
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Principal Investigator |
藤田 晃司 京都大学, 工学研究科, 教授 (50314240)
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| Project Period (FY) |
2020-07-30 – 2023-03-31
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| Keywords | 強誘電体 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
多くのペロブスカイト酸化物強誘電体は直接型強誘電体であり、電気分極そのものが常誘電－強誘電相転移の主秩序変数となる。一方で、ペロブスカイト関連層状酸化物における酸素八面体の回転・傾斜に起因した強誘電性の発現においては、2種類の非極性構造歪み (酸素八面体の回転と傾斜) に伴って周囲のイオンの極性変位が従属的に生じる。この場合、強誘電相転移を駆動する主秩序変数は酸素八面体の回転と傾斜に関するパラメーターであり、電気分極は従秩序変数となる。このタイプの強誘電体はハイブリッド間接型強誘電体と呼ばれている。本研究では、従来の直接型とは異なり、ハイブリッド間接型の機構に基づく新奇強誘電体を開拓する。特に、「物質合成－第一原理計算－構造解析－分光・物性測定」の有機的連携に基づいて課題を遂行し、物質開拓、基礎物性の解明、機能・物性の創出を通じて、ハイブリッド間接型強誘電体の基礎学理を構築する。
令和3年度は、ハイブリッド間接型強誘電体の機能を開拓するため、遷移金属イオンがBサイトを占有したペロブスカイト関連層状酸化物に焦点を当て、多機能性を有する強誘電体の開発を目指した。具体的には、高温固相反応法により候補物質を合成し、回折法と分光法により詳細な構造解析を行うとともに、誘電的および磁気的性質を調べた。その結果、室温近傍で強誘電性と弱強磁性が共存した化合物を見出した。また、いくつかの化合物においては高温での構造相転移も同定され、強誘電性がハイブリッド間接型の機構により現れることが示唆された。この他にも、気相合成法により層状遷移金属酸化物の準安定相を単結晶基板上で安定化させ、それが強誘電秩序と磁気秩序をもつことを明らかにした。これらの成果はマルチフェロイック物質の開拓につながる重要な成果である。
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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
令和3年度は、層状遷移金属酸化物において強誘電体を含む極性化合物ををいくつか見出すことができた。また、高精度な放射光X線・中性子回折、光第二高調波発生、誘電率のデータを使って、精密構造決定や物性評価に成功している。強誘電体の評価装置も徐々に整備されつつあり、評価手法も向上した。今後、第一原理計算－構造解析－物性評価の有機的な連携により、強誘電相転移機構が解明され、このタイプの強誘電体に特有の物性・機能が見出される可能性は大いにある。
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| Strategy for Future Research Activity |
間接型強誘電体の物質設計では、元素選択の自由度が直接型の場合と比べて遥かに大きく、従来では実現困難であった機能を容易に付与することができる。令和4年度は、強誘電性と強磁性が共存した系において、電場による磁性の制御など詳細な物性評価を行う。また、可視光応答性の付与による強誘電体の高機能化も目指す。すでにそのような特性をもつ強誘電体の構造解析と物性評価を開始している。この方向での研究を推進することにより、高機能な強誘電体が実現する可能性は十分あると予想している。
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| Causes of Carryover |
コロナ禍により実験停滞期間があり、試料合成のための試薬や光学実験のための光学部品等の購入を延期せざるを得なかった。令和4年度でこれらを購入し、予定通りに研究を遂行する。
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