2015 Fiscal Year Research-status Report
新規強誘電体関連材料の超広帯域誘電スペクトルとその結晶化学的理解
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26420676
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| Research Institution | Tokyo Institute of Technology |
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Principal Investigator |
保科 拓也 東京工業大学, 大学院理工学研究科(工学系), 助教 (80509399)
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| Project Period (FY) |
2014-04-01 – 2017-03-31
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| Keywords | 強誘電体 / 誘電特性 / 広帯域誘電特性 / エアロゾルデポジション法 / 単結晶 / 酸窒化物 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
無機強誘電体関連物質の研究分野はこれまでペロブスカイト型酸化物に関するものがほとんどであったが、今後、強誘電体の使用用途拡大やデバイスの特性向上を望む上で、ペロブスカイト型酸化物以外の新たな材料を探索することが重要である。これからの材料探索に求められるのは、用途に合わせた材料設計や結晶構造からの物性予測であり、これを実現することは材料研究に共通して求められる１つの到達点である。本助成研究では、強誘電体の材料設計手法を示すためのケーススタディとして新規強誘電体関連物質KNbSi2O7およびSrTaO2Nに着目し、この物質の誘電・強誘電特性について結晶化学的な説明を試みた。
本年度は、KNbSi2O7の誘電・強誘電特性を定量的に説明するために、第一原理計算やテラヘルツ領域での誘電分散スペクトルの測定を行なった。その結果、構造中に存在するNbO6八面体内でNb5+が<001>方向に振動するようなフォノンモードがKNbSi2O7のソフトモードであることがわかった。キュリー点以下では、このソフトモードが凍結することによってNb5+が[001]方向に変位し、KNbSi2O7は強誘電性を示すようになる。また、Nbの4d軌道とOの2p軌道が混成軌道を形成しており、この混成が強誘電性の発現に対して重要な役割を果たしていることが示唆された。一方、KNbSi2O7におけるSiO4四面体の存在は、誘電率を低下させる要因であることが明らかになった。テラヘルツ領域での誘電分散スペクトル測定の結果、特にc軸方向の誘電率を支配しているのは、前述のソフトモードであり、これを理解することによってKNbSi2O7の誘電特性を定量的に議論できる。また、SrTaO2Nについては、セラミックス厚膜をエアロゾルデポジション法により作製し、誘電特性を評価した。SrTaO2Nセラミックスは1 MHzで比誘電率340を示し、他のタンタル酸化物ペロブスカイト酸化物と比較すると比較的高い値を示すことが明らかになった。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
1: Research has progressed more than it was originally planned.
Reason
本年度目的としていた①KNbSi2O7単結晶の電気特性の評価、②KNbSi2O7単結晶の超広帯域誘電スペクトルの測定、③SrTaO2Nセラミックス厚膜の電気特性評価、④第一原理計算について全て計画を達成している。また、一連の研究の中から新規誘電体である窒素ドーブSrTiO3単結晶の作製に成功したため、計画以上に進展していると判断した。
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| Strategy for Future Research Activity |
KNbSi2O7およびSrTaO2Nに関して、広帯域優先スペクトル測定、第一原理計算、結晶構造の解析により、強誘電性の起源および誘電特性の理解を試みる。
また、新しく得られた窒素ドーブSrTiO3単結晶について誘電特性を評価し、ペロブスカイト型酸化物の酸素の一部が窒素に置換したときにイオン分極がどのように変化するのか、実験と計算の両面から明らかにする。
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