2014 Fiscal Year Research-status Report
ペロブスカイト型強誘電体モルフォトロピック相境界近傍物質の温度電場相図
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25400323
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| Research Institution | Nagoya Institute of Technology |
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Principal Investigator |
岩田 真 名古屋工業大学, 工学(系)研究科(研究院), 准教授 (40262886)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
前田 雅輝 名古屋工業大学, 工学(系)研究科(研究院), 教授 (10091745) [Withdrawn]
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| Project Period (FY) |
2013-04-01 – 2016-03-31
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| Keywords | 強誘電体 / 電場誘起相転移 / 構造相転移 / モルフォトロピック相境界 / 電場相図 / 臨界点 / ペロブスカイト / 誘電率 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究は、ペロブスカイト型酸化物強誘電体混晶のモルフォトロピック相境界 (MPB) 近傍の物性に関する基礎的研究である。
ペロブスカイト型強誘電体混晶である Pb(Zn1/3Nb2/3)O3-PbTiO3 (PZN-PT) や Pb(Mg1/3Nb2/3)O3-PbTiO3 (PMN-PT) は、MPB 近傍の組成において、現在知られている強誘電体中で最も高い電気機械結合係数 (90%以上) を示し、実際にこれらの物質は、医療用高感度超音波デバイス材料として実用化されている。
MPB 近傍の大きな誘電・圧電応答の原因は、分極の異方性エネルギー（自由エネルギーの異方性）が MPB 近傍で著しく小さくなることにあることを、1998年に、Ishibashi と Iwata は熱力学的理論を基に提案した。2000 年には、Fu と Cohen が第一原理計算結果を基に同様の機構が提案されている。
本研究では、既に、この機構によって異相間や分域間のエネルギー障壁が著しく小さくなること、および自発分極に垂直方向の応答が大きくなることを説明している。しかしながら、この系に特有なMPB 近傍のナノドメイン (polar nanoregion; PNR) や相共存状態による不均一構造のために実験的検証は充分に進んでいない。この系では、物性の大枠の理解が必要である。 更に、このような実用材料の特性を解明することは、物性物理学だけでなく、物性工学の観点からも重要である。
2014年度に、本研究では、マクロな視点から物性の大枠の理解を目的として、単結晶試料に様々な方向の DC 電場を印加して、MPB 近傍物質の温度電場相図を明らかにし、マクロな平均構造としての熱力学的平衡状態の決定に成功した。
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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
本年度は、昨年度から引き続き、マクロな視点から複合ペロブスカイト型強誘電体混晶の物性の大枠を理解することを目的として、[001]-, [011]-, [111]-方向の DC 電場を試料に印加して、MPB 近傍物質の温度電場相図とその異方性を明らかにする研究を行った。以下に平成２６年度の具体的な成果を示す。
１．DC 電場下の誘電率測定装置の改良
本研究では、DC 電場印加状態で誘電率が測定できる装置を使用する。本装置は、最大 800 Vの電圧まで印加可能である。試料とゲインフェースアナライザーの間には、ハイパスフィルター用のコンデンサーが使用されている。本研究では、装置の改良により、周波数範囲を３桁広げて、10Hz から 10 Mz の周波数領域での測定を可能にした。
２．PZN-PT混晶系の熱平衡状態の平均構造の解明
Pb(Zn1/3Nb2/3)O3-xPbTiO3 (PZN-xPT) 混晶のエンドメンバーであるPZNはリラクサーとよばれ、散漫な相転移を示すことが知られている。このことから、濃度温度相図上の相境界は不明であったが、一昨年、本研究により、菱面体晶相都政方晶相の間の斜方晶相の安定領域を除いて、x = 4.5, 6, 7, 8, 9% の組成の温度電場相図を明らかに出来た。2014年度は、温度電場相の相境界をゼロ電場まで配送することによって、平均構造としての濃度温度相図を明らかにした。2014年度に計画していた斜方晶相の安定領域を明らかにすることも実現できた。
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| Strategy for Future Research Activity |
本研究では、温度電場相図の研究で明らかにされた平均構造としての相境界を電場０まで外挿し、PZN-PT混晶の熱平衡状態における平均構造の温度濃度相図を正しいものに書き換えることができた。濃度温度相図上の斜方晶相の安定領域の実験的な解明もできた。
今後は、PZN-PT 混晶系のLandau エネルギーの展開係数の決定を目標としたい。さらに、この系では、誘電性に大きな非線型生があることが知られている。このことを明らかにするために、非線型誘電率の測定とその解析も行って行きたい。
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| Causes of Carryover |
次年度、研究代表者が、海外の国際会議で成果を発表することになった。研究経費を補填するために、学内分担者が使用しなかった分担金を繰り越すことにした。
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| Expenditure Plan for Carryover Budget |
６月２８日から７月４日に開催されるヨーロッパ強誘電体会議で成果を発表するための旅費の不足分を繰り越した予算で補填する。
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