分極回転機構による巨大圧電材料の実現

• 研究課題/領域番号: 15K14119
• 研究種目: 挑戦的萌芽研究
• 配分区分: 基金
• 研究分野: 無機材料・物性
• 研究機関: 東京工業大学
• 研究代表者: 東 正樹 東京工業大学, 科学技術創成研究院, 教授 (40273510)
• 研究分担者: 北條 元 九州大学, 総合理工学研究院, 准教授 (90611369)
• 研究期間 (年度): 2015-04-01 – 2017-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2016年度)
• 配分額: 3,640千円 (直接経費: 2,800千円、間接経費: 840千円); 2016年度: 1,820千円 (直接経費: 1,400千円、間接経費: 420千円); 2015年度: 1,820千円 (直接経費: 1,400千円、間接経費: 420千円)
• キーワード: Polarization rotation / Piezoeelctric material / giant c/a / BiFeO3 / 圧電体 / 分極回転 / 薄膜 / 機能性セラミックス / 高圧合成

研究成果の概要

菱面体晶ペロブスカイトの鉄酸ビスマスと正方晶ペロブスカイトのコバルト酸ビスマスとの固溶体BiFe1-xCoxO3薄膜を合成し、Co量増加に伴いその結晶構造がMC型の単斜晶相、MA型の単斜晶相、そして正方晶相へと変化することを見いだした。さらに詳細な圧電特性評価の結果、MA型の単斜晶相において圧電特性が向上することが明らかとなった。また、結晶歪みの大きな構造、すなわち分極が回転する余地のある構造ほど圧電特性は向上した。このことは、電気分極の方向が回転することにより圧電特性が向上することを意味している。

研究成果

• [国際共同研究] S. N. Bose National Centre(インド)
• [雑誌論文] Ferromagnetism at Room Temperature Induced by Spin Structure Change in BiFe1－xCoxO3 Thin Films (2017)
  • 著者名/発表者名: Hajime Hojo, Ryo Kawabe, Keisuke Shimizu, Hajime Yamamoto, Ko Mibu, Kartik Samanta, Tanusri Saha-Dasgupta, and Masaki Azuma
  • 雑誌名: Advanced Materials 巻: なし 号: 9
  • DOI: 10.1002/adma.201603131
  • 査読あり / 国際共著 / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] A-site and B-site charge orderings in an s-d level controlled perovskite oxide PbCoO3 (2017)
  • 著者名/発表者名: Y. Sakai, J. Yang, R. Yu, H. Hojo, I. Yamada, P. Miao, S. Lee, S. Torii, T. Kamiyama, M. Lezaic, G. Bihlmayer, M. Mizumaki, J. Komiyama, T. Mizokawa, H. Yamamoto, T. Nishikubo, Y. Hattori, K. Oka, Y. Yin, J. Dai, W. Li, S. Ueda, A. Aimi, D. Mori, Y. Inaguma, Z. Hu, T. Uozumi, C. Jin, Y. Long, and M. Azuma
  • 雑誌名: J. Am. Chem. Soc. 巻: 139 号: 12 ページ: 4574-4581
  • DOI: 10.1021/jacs.7b01851
  • 査読あり / 国際共著 / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Enhanced Piezoelectric Response due to Polarization Rotation in Cobalt-Substituted BiFeO 3 Epitaxial Thin Films (2016)
  • 著者名/発表者名: Keisuke Shimizu, Hajime Hojo, Yuichi Ikuhara, and Masaki Azuma
  • 雑誌名: Advanced Materials 巻: 28 号: 39 ページ: 8639-8644
  • DOI: 10.1002/adma.201602450
  • 査読あり
• [雑誌論文] High-Temperature Monoclinic Cc Phase with Reduced c/a Ratio in Bi- based Perovskite Compound Bi2ZnTi1－xMnxO6 (2016)
  • 著者名/発表者名: Runze Yu, Narumi Matsuda, Ken Tominaga, Keisuke Shimizu, Hajime Hojo, Yuki Sakai, Hajime Yamamoto, Kengo Oka, and Masaki Azuma
  • 雑誌名: Inorganic Chemistry 巻: 55 号: 12 ページ: 6124-6129
  • DOI: 10.1021/acs.inorgchem.6b00618
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Glassy Distribution of Bi3+/Bi5+ in Bi1－xPbxNiO3 and Negative Thermal Expansion Induced by Intermetallic Charge Transfer (2016)
  • 著者名/発表者名: Kiho Nakano, Kengo Oka, Tetsu Watanuki, Masaichiro Mizumaki, Akihiko Machida, Akane Agui, Hyunjeong Kim, Jun Komiyama, Takashi Mizokawa, Takumi Nishikubo, Yuichiro Hattori, Shigenori Ueda, Yuki Sakai, and Masaki Azuma
  • 雑誌名: Chemistry of Materials 巻: 28 号: 17 ページ: 6062-6067
  • DOI: 10.1021/acs.chemmater.6b01160
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [学会発表] Room temperature ferromagnetism in Co substituted BiFeO3 induced by spin structure change (2017)
  • 著者名/発表者名: M. Azuma, H. Hojo, R. Kawabe, K. Shimizu, H. Yamamoto、K. Mibu、K. Samanta and T. Saha-Dasgupta
  • 学会等名: Indo-US Bilateral Workshop on Physics and Chemistry of Oxides: Theory meets Experiment
  • 発表場所: コルコタ
  • 年月日: 2017-01-03
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Enhanced piezoelectric response due to polarization rotation in cobalt-substituted BiFeO3 epitaxial thin films (2016)
  • 著者名/発表者名: 清水 啓佑
  • 学会等名: 2016MRS Fall meeting
  • 発表場所: ボストン
  • 年月日: 2016-11-27
  • 国際学会
• [学会発表] Bi系ペロブスカイト圧電体における分極回転 (2016)
  • 著者名/発表者名: 東 正樹・清水啓祐・北條元・松田奈瑠美・于潤澤・富永健・岡研吾
  • 学会等名: 日本セラミックス協会 第29回秋季シンポジウム
  • 発表場所: 広島大学
  • 年月日: 2016-09-07
  • 招待講演
• [学会発表] 単斜晶 BiFeBiFe 1-xGa xO3の圧電特性の配向依存特性 (2016)
  • 著者名/発表者名: 清水 啓佑、北條 元、東 正樹
  • 学会等名: 誘電体・磁性体若手夏の学校
  • 発表場所: ルーセントタカミヤ
  • 年月日: 2016-08-26
• [学会発表] Spin structure change and magnetoelectric effect in BiFe1-xCoxO3 (2016)
  • 著者名/発表者名: 山本 孟
  • 学会等名: Gordon Research Conference 2016 Multiferroic & Magnetoelectric Materials
  • 発表場所: Lewiston
  • 年月日: 2016-08-07
  • 国際学会
• [学会発表] Bi2ZnTiO6 薄膜の結晶構造とその誘電特性 (2016)
  • 著者名/発表者名: 富永健・北條元・東正樹
  • 学会等名: 第63回応用物理学会春季学術講演会
  • 発表場所: 東工大大岡山キャンパス
  • 年月日: 2016-03-19
• [学会発表] c/a が抑制されたペロブスカイト Bi2ZnTi1-xMnxO6 (2016)
  • 著者名/発表者名: 松田奈瑠美，于潤澤，富永健，清水啓佑，北條元，東正樹，酒井雄樹，岡研吾
  • 学会等名: 日本セラミックス協会 2016年年会
  • 発表場所: 早稲田大学
  • 年月日: 2016-03-14
• [学会発表] Fabrication of novel lead-free ferroelectric Bi2ZnTi1-xMnxO6 thin film (2015)
  • 著者名/発表者名: Ken Tominaga, Narumi Matsuda, Hajime Hojo, Keisuke Shimizu and Masaki Azuma
  • 学会等名: 第17回 日米誘電体・圧電体セラミックスセミナー
  • 発表場所: 長野県 ホテル ブエナビスタ
  • 年月日: 2015-11-15
• [学会発表] Newly found piezoelectric perovskite compound Bi2ZnTi1-xMnxO6 with suppressed c/a ratio (2015)
  • 著者名/発表者名: N.Matsuda , R.Yu, K. Tominaga, H.Hojo, K.Oka, Y.Sakai, M.Azuma
  • 学会等名: ＳＴＡＣ－９
  • 発表場所: エポカルつくば
  • 年月日: 2015-10-19
• [学会発表] c/a を抑制したペロブスカイト圧電体 Bi2Zn1-xNixTi1-yMnyO6 (2015)
  • 著者名/発表者名: 松田奈瑠美、于潤澤、北條元、東正樹、酒井雄樹、岡研吾
  • 学会等名: 日本セラミックス協会 第28回秋季シンポジウム
  • 発表場所: 富山大学
  • 年月日: 2015-09-16
• [備考] 電気分極の回転による圧電特性の向上を確認―圧電メカニズムを実験で解明、非鉛材料の開発に道―
  • URL: http://www.titech.ac.jp/news/2016/035983.html
• [備考] 室温で強磁性・強誘電性が共存した物質を実現―低消費電力・超高密度磁気メモリー開発に道―
  • URL: http://www.titech.ac.jp/news/2016/037073.html