2023 Fiscal Year Annual Research Report
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21H04679
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| Research Institution | National Institute of Advanced Industrial Science and Technology |
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Principal Investigator |
堀内 佐智雄 国立研究開発法人産業技術総合研究所, エレクトロニクス・製造領域, 上級主任研究員 (30371074)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
熊井 玲児 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, 教授 (00356924)
石橋 章司 国立研究開発法人産業技術総合研究所, 材料・化学領域, 上級主任研究員 (30356448)
五月女 真人 東京大学, 先端科学技術研究センター, 助教 (40783999)
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| Project Period (FY) |
2021-04-05 – 2024-03-31
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| Keywords | 誘電体 / 有機結晶 / 相転移 / 結晶構造 / 分光 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
化学物質や結晶構造の各種データベースを併用した材料候補の抽出、単結晶化と構造解析、分極・圧電特性・光二次高調波計測・分極イメージング等の各種評価、密度汎関数理論(DFT)計算を駆使することで、水素結合型結晶を中心に、相変化型の誘電体材料の開発研究を行ってきた。
当年度は、分子間の水素原子移動と分子・置換基のフリップフロップ運動が分極反転機構として競合する強誘電体を抽出し、各々に対応する分極ベクトル成分は互いに逆符号になっていることを分極理論計算により見出した。分極の符号を反映し圧電定数も互いに必ず逆符号になること、この原理に基づき正逆圧電d定数の理論値と実測値の照合により反転機構を簡便に特定できることを実証した。
最終年度として、水素結合型の有機誘電体における電場誘起相変化についての本研究課題の総括を行った。相変化の形態は2種類に大別できることが分かった。第一種は、異なる秩序相間の転換であり、その具体例として、反強誘電秩序状態から強誘電体秩序が強制された四角酸などの反強誘電体のほか、極性軸が90度回転した別の強誘電秩序相が電場で誘起できた（傾角強誘電体）フェニルマロンジアルデヒドも挙げられる。第二種とは、無電場下で水素原子位置が乱れている誘電体が舞台で、その秩序-無秩序に伴う相変化が相当する。一連のフェニルテトラゾール類やイミダゾール類においては、反強誘電秩序が無いまま、見かけ上反強誘電体とほぼ同様の二重ループ型の分極履歴特性を示した。理論計算の結果、長距離秩序阻害要因として複数の秩序状態の競合が特定された。以上のように、各種実験と理論計算の協働を通じて、分極反転性能の正確な予測と実証性、相変化や長距離秩序の有無とその起源、動作機構の形態などの首尾一貫した理解が一気に深まった。これにより、機能性強化に向けた材料設計にも資する数多くの知見が多く得られ、大いに意義があった。
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| Research Progress Status |
令和5年度が最終年度であるため、記入しない。
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| Strategy for Future Research Activity |
令和5年度が最終年度であるため、記入しない。
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