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格子欠陥の導入による強誘電ドメインの挙動制御

Research Project

Project/Area Number 08J09794
Research Category

Grant-in-Aid for JSPS Fellows

Allocation TypeSingle-year Grants
Section国内
Research Field Functional materials/Devices
Research InstitutionThe University of Tokyo

Principal Investigator

北中 佑樹  東京大学, 先端科学技術研究センター, 特別研究員(DC1)

Project Period (FY) 2008 – 2010
Project Status Completed (Fiscal Year 2010)
Budget Amount *help
¥1,800,000 (Direct Cost: ¥1,800,000)
Fiscal Year 2010: ¥600,000 (Direct Cost: ¥600,000)
Fiscal Year 2009: ¥600,000 (Direct Cost: ¥600,000)
Fiscal Year 2008: ¥600,000 (Direct Cost: ¥600,000)
Keywords強誘電体材料 / 圧電材料 / 単結晶 / 格子欠陥 / ドメイン構造 / 第一原理計算 / 強誘電体単結晶
Research Abstract

昨年度までに得られた知見をもとに、酸素空孔を極限まで減らすことによるBi系強誘電体結晶の高機能化を試みた。0.9MPaの高圧酸素下で溶液引き上げ(TSSG)法を用いて、Bi4Ti3O12単結晶を育成することに成功した。フラックス法(大気中、1075℃)により得た結晶の残留分極(Pr)と抗電界(Ec)は、それぞれ38μC/cm2および38kV/cmであったのに対し、TSSG法(高圧酸素下、960℃)で得られた結晶は、極めて矩形性の良いヒステリシス曲線を示し、大きなPr(48μC/cm2)と低いEc(29kV/cm)を示した。リーク電流密度(J)が約2桁減少し、60kV/cmの電界下において10^(-8)A/cm2程度の非常に小さいJが達成された。圧電応答顕微鏡によるドメイン構造観察の結果、得られた結晶ではほぼ完全な分極反転が達成されることが示された。また、高圧酸素下TSSG法によって、高品質な(Bi0.5Na0.5)TiO3単結晶の育成にも成功した。本研究で確立した単結晶育成手法によって、低電界かつ低エネルギー損失で分極反転が可能な高品質Bi系強誘電体結晶の育成を達成した。強誘電体の応用において大きな課題であった特性劣化のメカニズムを明らかにし、格子欠陥制御によるドメインクランピングの解消と分極機能の向上を達成した本研究成果は、ビスマスを始めとする、揮発性元素を含む材料の応用と高機能化に大きく寄与する成果であると思われる。今後は、格子欠陥と強誘電ドメインの相互作用について得た数多くの知見をもとに、より積極的なドメイン構造制御による特性向上へ発展させ、さらなる高機能や新規機能につなげていきたい。

Report

(3 results)
  • 2010 Annual Research Report
  • 2009 Annual Research Report
  • 2008 Annual Research Report
  • Research Products

    (23 results)

All 2011 2010 2009 2008 Other

All Journal Article (5 results) (of which Peer Reviewed: 5 results) Presentation (16 results) Remarks (2 results)

  • [Journal Article] Ferroelectric and Piezoelectric Properties of Bi4Ti3O12 Single Crystals Grown by Top-Seeded Solution Growth Method at High Oxygen Pressure2011

    • Author(s)
      Yuuki Kitanaka, et al.
    • Journal Title

      Key Engineering Materials

      Volume: CSJ Series Vol.21(印刷中 掲載確定)

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  • [Journal Article] High-Performance Ferroelectric Bi0.5Na0.5TiO3 Single Crystals Grown by Top-Seeded Solution Growth Method under High-Pressure Oxygen Atmosphere2011

    • Author(s)
      Yuuki Kitanaka, et al.
    • Journal Title

      Ferroelectrics

      Volume: 414(印刷中 掲載確定)

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  • [Journal Article] High-Performance Ferroelectric Bi4Ti3O12 Single Crystals Grown by Top-Seeded Solution Growth Method under High-Pressure Oxygen Atmosphere2010

    • Author(s)
      Yuuki Kitanaka, et al.
    • Journal Title

      Japanese Journal of Applied Physics

      Volume: 49

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    • Author(s)
      Yuuki Kitanaka, et al.
    • Journal Title

      Physical Review B 81

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  • [Journal Article] Behaviors of 90°and 18°domain Walls under c-axis Polarization Switching in Ferroelectric Bi_4Ti_3O_<12> Single Crystals2009

    • Author(s)
      Yuuki Kitanaka, et al.
    • Journal Title

      Transaction of Materials Research Society of Japan 34(掲載確定(印刷中))

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    • Author(s)
      北中佑樹, ほか
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      日本セラミックス協会2011年年会
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      静岡大学・浜松キャンパス(浜松)
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      第30回エレクトロセラミックス研究討論会
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      東京理科大学・森戸記念館(東京)
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      2010-10-29
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      北中佑樹, ほか
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      長崎大学・文教キャンパス(長崎)
    • Year and Date
      2010-09-14
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    • Author(s)
      Yuuki Kitanaka, et al.
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      The 8th Japan-Korea Conference on Ferroelectrics
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      Himeji, Japan
    • Year and Date
      2010-08-05
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      北中佑樹, ほか
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      第27回強誘電体応用会議
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      コープイン京都(京都)
    • Year and Date
      2010-05-27
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      Yuuki Kitanaka, et al.
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      Chiba, Japan
    • Year and Date
      2010-04-20
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      北中佑樹, ほか
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      日本セラミックス協会 2010年年会
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      小金井
    • Year and Date
      2010-03-24
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      北中佑樹, ほか
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    • Author(s)
      北中佑樹, et al.
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      Jeju, Korea
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      北中佑樹, ほか
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      日本セラミックス協会 第22回秋季シンポジウム
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      松山
    • Year and Date
      2009-09-18
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  • [Presentation] Bi系強誘電体結晶におけるドメインクランピング2009

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      第26回強誘電体応用会議
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      京都
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      2009-05-28
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  • [Presentation] Bi_4Ti_3O_<12>系強誘電体結晶のドメイン反転に及ぼす欠陥制御の影響2009

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      北中佑樹, ほか
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      第56回応用物理学関係連合講演会
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    • Year and Date
      2009-03-30
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      東京
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      2008-12-19
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      Yuuki Kitanaka, et al.
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  • [Presentation] Ti系強誘電体におけるドメイン挙動と酸素空孔の相互作用2008

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      北中佑樹, ほか
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      2008-09-07
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  • [Presentation] Oxygen-vacancy-induced 90-deg domain pinning in ferroelectric PbTiO_3 and Bi_4Ti_3O_<12> single crystals2008

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      Yuuki Kitanaka, et al.
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      Electroceramics XI
    • Place of Presentation
      Manchester, UK
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      2008-09-02
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  • [Remarks]

    • URL

      http://www.crm.rcast.u-tokyo.ac.jp/publication.html

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  • [Remarks]

    • URL

      http://www.crm.rcast.u-tokyo.ac.jp/publication.html

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Published: 2008-04-01   Modified: 2024-03-26  

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