強誘電体ナノスケール構造の反電場を利用した新奇圧電メカニズムの創成

2014 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 26709047
• Research Institution: Nagoya University
• Principal Investigator: 山田 智明 名古屋大学, 工学(系)研究科(研究院), 准教授 (80509349)
• Project Period (FY): 2014-04-01 – 2018-03-31
• Keywords: 誘電体 / ナノ構造

Outline of Annual Research Achievements

本研究の目的は、圧電性（電気的エネルギーと機械的エネルギーの変換機能）を示す強誘電体について、これまで薄膜や微粒子等のナノスケール構造で分極を減少させると考えられてきた反電場を積極的に利用して、新奇な圧電メカニズムを創成するものである。
平成26年度は主に項目「ナノテンプレートを利用したPZTナノロッドの成長とサイズ制御」について取り組み、特に、島状アレイを有するナノテンプレートの作製に注力した。まず、ナノインプリント法で樹脂の柱状アレイを形成し、これをマスクとして基板をエッチングすることで島状アレイを有するナノテンプレート基板の作製を試みた。光硬化型樹脂の柱状アレイの作製条件（塗布条件、露光条件）を系統的に明らかにし、SrTiO3基板上に高さ約80nmの樹脂の柱状構造を得た。その後、Arイオンエッチングの条件を最適化し、最終的に高さ10nm以下の島状アレイを有するナノテンプレート基板が作製できた。しかし本手法の課題として、マスクとして用いる樹脂が基板より早くエッチングされるため島状アレイの高さを更に増加させるためにはより高い樹脂柱状構造を作製する必要があるほか、エッチングによる基板表面のダメージの回復に高温でのアニールが必要であることが分かった。そこでエッチングを用いずにナノテンプレートを作製する手法として、光硬化型樹脂にPZTのCSD原料を混合し、これをナノインプリントし焼成・結晶化することでPZTの島状アレイを合成する方法を検討した。これまでに混合溶液のナノインプリントに成功し、PZTを結晶化させる焼成条件の最適化を進めている。H27年度前半に、作製したナノテンプレート上にレーザー堆積法でPZTナノロッドを成長させる予定である。

Current Status of Research Progress

3: Progress in research has been slightly delayed.

Reason

昨年度は主に、項目「ナノテンプレートを利用したPZTナノロッドの成長とサイズ制御」について取り組み、特にナノテンプレートの作製に注力した。その結果、当初の計画よりダメージの少ない高品質なナノテンプレートの作製に目処がついたが、一方でナノロッドの成長には十分に注力することができなかった。

Strategy for Future Research Activity

上記のように、ダメージの少ない高品質なナノテンプレートの作製に目処がついたため、今後は計画に従って作製したナノテンプレート上にレーザー堆積法でPZTナノロッドを成長させる予定である。

Research Products

• [Journal Article] Post-deposition Control of Ferroelastic Stripe Domains and Internal Electric Field by Thermal Treatment (2015)
  • Author(s): L. Feigl, P. -E. Janolin, T. Yamada, M. Iwanowska, C. S. Sandu, N. Setter
  • Journal Title: Applied Physics Letters Volume: 106 Pages: 032902-1, -5
  • DOI: 10.1063/1.4906295
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Suppressed Polar Distortion with Enhanced Curie Temperature in In-plane 90º-domain Structure of a-axis Oriented PbTiO3 Film (2015)
  • Author(s): H. Morioka, T. Yamada, A. K. Tagantsev, R. Ikariyama, T. Nagasaki, T. Kurosawa, H. Funakubo
  • Journal Title: Applied Physics Letters Volume: 106 Pages: 042905-1, -5
  • DOI: 10.1063/1.4906861
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Presentation] 集束イオンビームを用いた正方晶Pb(Zr,Ti)O3ナノロッドの作製とそのドメイン構造の評価 (2015)
  • Author(s): 伊藤大介, 山田智明, 坂田修身, 黒石隼輝, 生津資大, 白石貴久, 清水荘雄, 舟窪浩, 吉野正人, 長崎正雅
  • Organizer: 日本セラミックス協会 2015年年会
  • Place of Presentation: 岡山大学（岡山市）
  • Year and Date: 2015-03-18 – 2015-03-20
• [Presentation] Ab-initio Study on Face Azimuth Dependency of Surface Energy and Structure in Ferroelectric PbTiO3 (2014)
  • Author(s): Y. Takagi, T. Yamada, M. Yoshino, T. Nagasaki
  • Organizer: The 9th Asian Meeting on Ferroelectricity and the 9th Asian Meeting on Electroceramics (AMF-AMEC-2014)
  • Place of Presentation: 中国・上海
  • Year and Date: 2014-10-26 – 2014-10-30
• [Presentation] Self-assembled epitaxial ferroelectric nanorods for large electromechanical response (2014)
  • Author(s): T. Yamada, J. Yasumoto, K. Nakamura, M. Yoshino, T. Nagasaki, H. Tanaka, Y. Ehara, S. Yasui, H. Funakubo, O. Sakata
  • Organizer: 2014 EMN Open Access Week Meeting
  • Place of Presentation: 中国・成都
  • Year and Date: 2014-09-22 – 2014-09-25
  • Invited
• [Presentation] 正方晶PZT薄膜とナノロッドにおける逆圧電特性の結晶方位依存性 (2014)
  • Author(s): 山田智明，安本洵, 伊藤大介，坂田修身，今井康彦，白石貴久， 清水荘雄，舟窪浩, 吉野正人，長崎正雅
  • Organizer: 第75回応用物理学会秋季学術講演会
  • Place of Presentation: 北海道大学（札幌市）
  • Year and Date: 2014-09-17 – 2014-09-20
• [Presentation] 第一原理計算による強誘電体PbTiO3の表面構造と表面エネルギーの面方位依存性の評価 (2014)
  • Author(s): 高木陽介, 山田智明, 吉野正人, 長崎正雅
  • Organizer: 日本セラミックス協会第27回秋季シンポジウム
  • Place of Presentation: 鹿児島大学（鹿児島市）
  • Year and Date: 2014-09-09 – 2014-09-11
• [Presentation] PZT薄膜及びナノロッドの圧電特性に及ぼす基板拘束の影響 (2014)
  • Author(s): 山田智明，安本洵，坂田修身，吉野正人，長崎正雅，舟窪浩
  • Organizer: 日本機械学会2014年度年次大会
  • Place of Presentation: 東京電機大学（足立区）
  • Year and Date: 2014-09-07 – 2014-09-10
• [Presentation] Orientation dependence of piezoelectric response in epitaxially grown 1D-nanorods and 2D-thin films (2014)
  • Author(s): T. Yamada, J. Yasumoto, K. Nakamura, H. Tanaka, O. Sakata, Y. Ehara, S. Yasui, T. Oikawa, M. Yoshino, T. Nagasaki, H. Funakubo
  • Organizer: International Conference "Piezoresponse Force Microscopy and Nanoscale Phenomena in Polar Materials" (PFM-2014)
  • Place of Presentation: ロシア・エカテリンブルク
  • Year and Date: 2014-07-14 – 2014-07-17
  • Invited
• [Presentation] Piezoelectric Nanostructure for Future Small Energy Conversion Devices: Attempt at Growth and Characterization (2014)
  • Author(s): T. Yamada, M. Yoshino, T. Nagasaki, H. Funakubo, O. Sakata, T. Kiguchi
  • Organizer: 3rd Annual World Congress of Advanced Materials (WCAM-2014)
  • Place of Presentation: 中国・重慶
  • Year and Date: 2014-06-06 – 2014-06-09
  • Invited
• [Presentation] 正方晶PZT薄膜におけるクランピング効果の配向依存性 (2014)
  • Author(s): 山田智明, 安本洵, 坂田修身, 今井康彦, 木口賢紀, 今野豊彦, 江原祥隆, 白石貴久, 及川貴弘, 舟窪浩, 吉野正人, 長崎正雅
  • Organizer: 強誘電体応用会議FMA-31
  • Place of Presentation: コープイン京都（京都市）
  • Year and Date: 2014-05-28 – 2014-05-31