2023 Fiscal Year Annual Research Report
Direct observation of polarization rotation at ferroelectric domain boundary using nano-scale charge density analysis
Publicly Offered Research
| Project Area | New Materials Science on Nanoscale Structures and Functions of Crystal Defect Cores |
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| Project/Area Number |
22H04495
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| Research Institution | Tohoku University |
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Principal Investigator |
森川 大輔 東北大学, 多元物質科学研究所, 助教 (10632416)
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| Project Period (FY) |
2022-04-01 – 2024-03-31
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| Keywords | 収束電子回折法 / 分極ドメイン / 局所構造解析 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では、機能コアのうち特に強誘電体デバイスの動作を支配している分極ドメイン壁に焦点を当て、ナノ電子プローブを用いた局所構造解析から、分極回転の電子密度分布解析による直接観測を目指している。
これまでに遷移金属元素を微小ドープしたBaTiO3の90度分極ドメイン壁からの高精度なデータ取得に成功し、ドメイン壁の幅やその近傍における結晶の乱れについて見出だした。このデータを用いた定量的な解析のために、解析ソフトウェアの開発を行った。
ドメイン壁を含んだ超構造の解析のために、われわれのグループで開発している動力学回折ソフトウェアMBFITを改良した。超構造による反射の重ね合わせによって照射領域の情報を組み込み、界面などを含む超構造のプローブ位置依存の強度計算を実現させた。また、対応する実験データを抽出し、現在、定量解析のためのプログラム改良を進めている。
超構造の解析では、精密化すべきパラメータが従来よりも格段に増加する。これまでは非線形最小二乗法を使っていたが、容易に局所解に陥ってしまい、真の解を導くことが困難になることが予想される。そこで最適化のルーチンを入れ替え可能なようにソフトウェアに改良を施した。現在は異なる最適化ルーチンの差異や動作の検証を行っている。
BaTiO3の分極ドメイン壁は、数nm以上の幅でゆっくりと分極が回転している。そのために解析にはその幅を十分に超えるサイズの超構造が必要であり、最初のターゲットには適さない。そこで別の分極ドメイン壁として、六方晶YMnO3の分極ドメインを選んだ。六方晶YMnO3は、180度の分極ドメインと反位相境界が共存する特殊なドメイン構造を示すことが知られており、その構造を用いたシミュレーションによって、反位相境界が識別可能であることを示した。今後実験データとの比較や、構造最適化を進める予定である。
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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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