ナノサイズ強誘電体におけるサイズ効果と新規量子物性

• Project/Area Number: 04F04146
• Research Category: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• Allocation Type: Single-year Grants
• Section: 外国
• Research Field: Inorganic materials/Physical properties
• Research Institution: Tokyo Institute of Technology
• Host Researcher: 伊藤 満 東京工業大学, 応用セラミックス研究所, 教授
• Foreign Research Fellow: YU Jian 東京工業大学, 応用セラミックス研究所, 外国人特別研究員
• Project Period (FY): 2004 – 2006
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2006)
• Budget Amount: ¥2,400,000 (Direct Cost: ¥2,400,000); Fiscal Year 2006: ¥500,000 (Direct Cost: ¥500,000); Fiscal Year 2005: ¥1,200,000 (Direct Cost: ¥1,200,000); Fiscal Year 2004: ¥700,000 (Direct Cost: ¥700,000)
• Keywords: 強誘電体 / ナノサイズ効果 / 電子効果 / マルチフェロイックス / 強磁性 / 強誘電性 / 量子物性 / ペロブスカイト

Research Abstract

1)ペロブスカイト関連チタン酸塩の強誘電性と構造的不安定化
(a)平衡体積(b)^<18>O置換(c)A-サイトの同位体置換(d)A-サイトの固溶体化(e)静水効果について第1原理分子動力学プログラムSIBSTAを用いて検討した.強誘電活性なB-サイトイオン,A-サイトイオンの電子分極率,そして換算質量が果たす役割を明確にした.この計算結果から新しい高温磁気-電気効果をもつマルチフェロイックを設計する指針を得ることができた.さらに重要な結果は,ナノ構造をもつ強誘電体の粒子サイズ効果を理解することができたことにある.
2)マルチフェロイックスの探索
a)Aurivillius構造系
BiFeO_3,LaFeO_3,LaCrO_3-Bi_4Ti_3O_<12>,Bi_5Fe_2Ti_2O_<15>,Bi_3FeTiO_9,Bi_<3.15>Gd_<0.85>Ti_3O_<12>系の固溶体を作製してそれらの磁性と誘電性を調べた。これらは常磁性あるいはスピングラスであり,これまでの報告が誤りであることを確かめた.
b)Sillenite構造系
Bi-Cr-O,Bi-Fe-Cr-O系単結晶を合成した.前者は常磁性であり,後者はT_g〓20K,θ=220Kの常磁性体であることを確かめた.
c)ペロブスカイト構造系
Bi_2FeCrO_6ベースの固溶体を作製した.d^3-d^5超交換相互作用により,この系はT_N>400Kのフェリ磁性体であることを確かめた.またT_Nは組成とともに連続的に変化した構造と誘電測定から,この系では強誘電性が発現する可能性を示す徴候を確認した.しかしM-E効果については今のところ不明である.この系の今後の課題は,若干存在する電子伝導性の低減であり,作製プロセスも含めた手法の改良が必要とされる.