2023 Fiscal Year Final Research Report

Elucidation of nano-flexoelectricity and creation of buckling memory devices

Research Project

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Project/Area Number	21H04534
Research Category	Grant-in-Aid for Scientific Research (A)
Allocation Type	Single-year Grants
Section	一般
Review Section	Medium-sized Section 18:Mechanics of materials, production engineering, design engineering, and related fields
Research Institution	Kyoto University
Principal Investigator	Sumigawa Takashi 京都大学, エネルギー科学研究科, 教授 (80403989)
Co-Investigator(Kenkyū-buntansha)	島弘幸山梨大学, 大学院総合研究部, 教授 (40312392) 梅野宜崇東京大学, 生産技術研究所, 教授 (40314231) 安部正高京都大学, エネルギー科学研究科, 准教授 (50582623) 服部梓大阪大学, 産業科学研究所, 准教授 (80464238)
Project Period (FY)	2021-04-05 – 2024-03-31
Keywords	ナノ / フレクソエレクトリシティ / 強誘電体 / 座屈 / メカニカルメモリ
Outline of Final Research Achievements	In this project, multiphysics phenomena induced by bending deformation of nano-sized ferroelectrics with well-ordered domains were investigated. Experiments were performed on specimens with a double cantilever beam geometry in a transmission electron microscope. When the test section between the beams was subjected to bending deformation, the domains disappeared with increasing deformation and reappeared after unloading. The direction of the domain walls after unloading was rotated by 90° relative to those before loading. This may be caused by the flexoelectric phenomenon due to the steep strain gradient in the nano-sized material. The mechanism was verified by additional experiments using specimens with different geometries. In addition, prototype buckling devices were fabricated to exploit this phenomenon.
Free Research Field	材料力学、材料強度学
Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements	ナノサイズの強誘電体材料中に生じるナノドメインについて、曲げ負荷を与えた際に消失することおよび除荷によって再度出現することをその場観察試験によって明らかにすることに成功した。除荷時に現れるナノドメインは、曲げの方向に起因した分極を有することを示し、この現象を利用することで、ドメインスイッチングを実現できることがわかった。本成果は、ナノサイズの強誘電体材料中のひずみ勾配を利用して力学的にドメインの分極方向を制御できることを示すものであり、材料力学分野における新しいマルチフィジックス現象の開拓に貢献するものである。機械的なメモリデバイス創製のための基礎を得たことは、社会的な意義としても価値がある。