巨大正方晶歪みを有するビスマス強誘電体の電圧印加による４つの極状態の実現

2013 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 24656378
• Research Institution: Tokyo Institute of Technology
• Principal Investigator: 舟窪 浩 東京工業大学, 総合理工学研究科(研究院), 教授 (90219080)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 木口 賢紀 東北大学, 金属材料研究所, 准教授 (70311660)
• Keywords: 誘電体物性 / 強誘電体 / エピタキシャル膜 / 分極状態

Research Abstract

ペロブスカイト構造(ABO3)を有する正方晶強誘電体のうち、歪み量が７％を超える物質では大きな歪みのため５面体のピラミット構造となるが、電圧印加によって実験的に分極反転が確認されたものは、約７%のPbTiO3に限定されていた。
本研究は上記成果を基に、22%の大きな歪みを有する正方晶のビスマス強誘電体の分極軸単一配向単結晶膜を作製し、電圧の印加によって一つの物質で４値の分極状態を示す存在を明らかにすることを目的としている。
本年度は、(1-x)Bi(Mg1/2Ti1/2)O3-x Bi(Zn1/2Ti1/2)O3について、さらなる研究を行った。MOCVD法を用いて、従来からの(100)cSrRuO3//(100)SrTiO3を基板(100)配向のエピタキシャル膜の作製に加えて、(111)cSrRuO3//(111)SrTiO3を基板に (111)配向した膜の作製を行った。その結果、x=0 - 0.93の広い組成範囲でぺロブスカイト相単相から成る膜の作製に成功した。しかし正方晶単相の膜の領域は狭く、x=0.65で正方晶性(c/a比)が約7%以下の正方晶単相膜存在が確認された。また、x=0.93では、この相に加えて、より大きな15%以上の正方晶相の共存が確認されたものの、大きな正方晶相の単相から成る膜の作製の成功には至らなかった。また正方晶のみの膜では印可できる範囲の電界範囲では大きな強誘電性を見出すことができなかった。
大きな正方晶性を有し、かつ高い電界が印可できる膜の作製が可能な別の組成の探索が不可欠であることが明らかになった。

Research Products

• [Journal Article] Growth of (111) One-Axis-Oriented Bi(Mg1/2Ti1/2)O3 Films on (100)Si Substrates (2013)
  • Author(s): Takahiro Oikawa, Shintaro Yasui, Takayuki Watanabe, Koji Ishii, Yoshitaka Ehara, Hisato Yabuta, Takeshi Kobayashi, Tetsuro Fukui, Kaoru Miura, and Hiroshi Funakubo
  • Journal Title: Jpn. J. Appl. Phys. Volume: 52 Pages: 04CH09-1-4
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Preparation of Bismuth-Based Perovskites with Non-integer A and B Site Valence and Their Properties. (2013)
  • Author(s): Ichiro Fujii, Atsushi Shimamura, Kouichi Nakashima, Nobuhiro Kumada, Hiroshi Funakubo,Yoshihiro Kuroiwa, and Satoshi Wada
  • Journal Title: Trans. Mat. Res. Soc. Japan. Volume: 38[1] Pages: 49-52
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Unusual 90° domain structure in (2/3)Bi(Zn1/2Ti1/2)O3-(1/3)BiFeO3 epitaxial films with giant 22% tetragonal distortion (2013)
  • Author(s): Shintaro Yasui,, Keisuke Yazawa, Masaaki Matsushima,Tomoaki Yamada, Hiroshi Funakubo, Hitoshi Morioka, Hiroshi Uchida,Takashi Iijima, Lu You, and Junling Wang
  • Journal Title: Appl. Phys. Lett. Volume: 103 Pages: 042904-1-5
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Fabrication of BiFeO3-Bi(Zn1/2Ti1/2)O3 Solid Solution Thin Films Using Perovskite-Type Oxide Interface Layer (2013)
  • Author(s): Mari Hayashi, Sｈintaro Yasui, Hiroshi Funakubo, and Hiroshi Uchida
  • Journal Title: Key. Eng. Mater. Volume: 566 Pages: 163-166
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] 巨大正方晶強誘電体薄膜 (2013)
  • Author(s): 安井伸太郎、舟窪 浩
  • Journal Title: セラミックスデータブック 2013/14工業と製品 Volume: Vol.41 No.95 Pages: 153-157
• [Presentation] Piezoresponse behavior at a Morphotropic Phase Boundary in (Bi,Sm)FeO3 Films (2014)
  • Author(s): S. Yasui, Y. Ehara, T. Shiraishi, T. Shimizu, H. Funakubo, M. Itoh, Y. Imai, H. Tajiri, O. Sakata,and I. Takeuchi
  • Organizer: Electronic Materials and Applications 2014
  • Place of Presentation: Double Tree by Hilton Orland at Sea World, Orland, FL., USA
  • Year and Date: 20140122-20140124
• [Presentation] Characterizations of Bi(Mg1/2Ti1/2)O3-Bi(Zn1/2Ti1/2)O3 Solid Solution Films Prepared by Pulsed Laser Deposition (2013)
  • Author(s): Takahiro Oikawa, Shintaro Yasui, Takayuki Watanabe, Hisato Yabuta, Kaoru Miura, Takeshi Kobayashi, and Hiroshi Funakubo
  • Organizer: 2013 JSAP-MRS Joint Symposia
  • Place of Presentation: 同志社大学京田辺キャンパス(京都府）
  • Year and Date: 20130916-20130920