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融液イオン種の偏析係数を1とする真のニオブ酸リチウム・コングルエント融液の開発

研究課題

研究課題/領域番号 16H03855
研究種目

基盤研究(B)

配分区分補助金
応募区分一般
研究分野 結晶工学
研究機関東北大学

研究代表者

宇田 聡  東北大学, 金属材料研究所, 教授 (90361170)

研究期間 (年度) 2016-04-01 – 2019-03-31
研究課題ステータス 完了 (2019年度)
配分額 *注記
16,120千円 (直接経費: 12,400千円、間接経費: 3,720千円)
2018年度: 6,890千円 (直接経費: 5,300千円、間接経費: 1,590千円)
2017年度: 5,070千円 (直接経費: 3,900千円、間接経費: 1,170千円)
2016年度: 4,160千円 (直接経費: 3,200千円、間接経費: 960千円)
キーワードニオブ酸リチウム / コングルエント / 化学量論 / 結晶化起電力 / イオン種 / 酸素 / 固液界面 / 熱力学自由度 / 熱力学的自由度 / 擬三元系
研究成果の概要

周期的なあるいは予期せぬ摂動により非定常状態にある育成環境下でも成長結晶に組成変動が起きない真のコングルエント組成(Li2O:Nb2O5:MgO = 45.30:50.00:4.70)を開発した。本結晶はコングルエントであり、新しい概念の化学量論構造を持ち、Mgや空格子などの欠陥を含む。これらの結晶成長において融液と結晶に存在するあらゆる構成要素の活量が1となり、その結果、イオン種を含むあらゆる化学種は平衡分配係数、k0が1となり、界面が非平衡に移動してもすべての化学種は偏析することなく結晶に分配し、融液組成と同じ組成の結晶が成長する。

研究成果の学術的意義や社会的意義

酸化物融液からの結晶成長では最善の育成環境を整えても必ず非定常成長が起きる。結晶育成技術の限界である。この時、界面での局所平衡が損なわれイオン種偏析がある従来のコングルエント・ニオブ酸リチウム結晶(c-LN)では組成変動が起きる。しかし、「コングルエント+化学量論」のニオブ酸リチウム結晶が成長する融液(cs-MgO:LN)ではイオン種偏析はないので組成変動はない。真のコングルエント成長である。本研究では成長速度の擾乱が生じても組成が均質で屈折率変動の非常に小さく次世代光学デバイスの作製やOEICの微細加工に十分耐えうる均質結晶を作製する新しいニオブ酸リチウム結晶を開発した。

報告書

(4件)
  • 2019 研究成果報告書 ( PDF )
  • 2018 実績報告書
  • 2017 実績報告書
  • 2016 実績報告書
  • 研究成果

    (38件)

すべて 2020 2019 2018 2017 2016 その他

すべて 雑誌論文 (4件) (うち査読あり 2件) 学会発表 (33件) (うち国際学会 13件、 招待講演 15件) 備考 (1件)

  • [雑誌論文] コングルエント組成と化学量論組成が一致するニオブ酸リチウムの開発2019

    • 著者名/発表者名
      宇田聡
    • 雑誌名

      応用物理

      巻: 88 ページ: 653-658

    • NAID

      130007725676

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [雑誌論文] 界面電場制御による単結晶育成2018

    • 著者名/発表者名
      宇田聡, 黄新明, 坪田毅
    • 雑誌名

      セラミックス

      巻: 53 ページ: 853-856

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [雑誌論文] Effect of point defects on Curie temperature of lithium niobate2017

    • 著者名/発表者名
      Chihiro Koyama, Jun Nozawa, Kozo Fujiwara, Satoshi Uda
    • 雑誌名

      Journal of the American Ceramic Society

      巻: 100 号: 3 ページ: 1118-1124

    • DOI

      10.1111/jace.14701

    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] 不純物添加したニオブ酸リチウムの点欠陥形態2016

    • 著者名/発表者名
      小山千尋、野澤純、藤原航三、宇田聡
    • 雑誌名

      日本結晶成長学会誌

      巻: 43 ページ: 131-138

    • NAID

      130005997179

    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 査読あり
  • [学会発表] Effect of interface electric field on ionic species segregation during the growth of LiNbO32020

    • 著者名/発表者名
      Qilin Shi, Chihiro Koyama, Jun Nozawa, Satoshi Uda
    • 学会等名
      東北大学大学院 理学・生命科学2研究科合同シンポジウム 2020
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [学会発表] 強い界面電場下において成長するCr:LiNbO3のCrイオンの固液間分配2020

    • 著者名/発表者名
      宇田聡, 佐藤慶弥
    • 学会等名
      2020年第67回応用物理学会春季学術講演会
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [学会発表] Unsteady-state crystal growth in the presence of interface electric field2020

    • 著者名/発表者名
      Qilin Shi, Jun Nozawa, Satoshi Uda
    • 学会等名
      2020年第67回応用物理学会春季学術講演会
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [学会発表] Study on the electrical relationship at the interface between LN melt and LN crystal2019

    • 著者名/発表者名
      Qilin Shi, Chihiro Koyama, Jun Nozawa, Satoshi Uda
    • 学会等名
      2019年第66回応用物理学会春季学術講演会
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [学会発表] Partitioning of Mg into Li Site and Nb Site in LiNbO3 Crystal during Growth from the Melt2019

    • 著者名/発表者名
      Satoshi Uda
    • 学会等名
      2019 Collaborative Conference on Materials Research (CCMR)
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Bulk Growth of Oxide Materials2019

    • 著者名/発表者名
      Satoshi Uda
    • 学会等名
      17th International Summer School on Crystal Growth (ISSCG-17)
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Partitioning of Mg into Li and Nb site in LiNbO3 crystal during growth from the melt2019

    • 著者名/発表者名
      Satoshi Uda
    • 学会等名
      19th International Conference on Crystal Growth and Epitaxy (ICCGE-19)
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] A New Growth Technology by Applying External Electric Fields2019

    • 著者名/発表者名
      Satoshi Uda
    • 学会等名
      International Conference on Advanced Materials for Sustainable Energy and Sensors (INCAMSES-2019)
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Extended concept of stoichiometry for new LiNbO3 and LiTaO3 crystals2019

    • 著者名/発表者名
      Satoshi Uda
    • 学会等名
      Lecture: Anna University
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Extended concept of stoichiometry for new LiNbO3 and LiTaO3 crystals2019

    • 著者名/発表者名
      Satoshi Uda
    • 学会等名
      3rd International Conference on Recent Trends in Applied Science and Technology (ICRTAST-2019)
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] マイクロPD法による単結晶育成の基礎2019

    • 著者名/発表者名
      宇田聡
    • 学会等名
      講演: 東京工業大学物質理工学院
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] Effect of interface electric field on ionic species segregation during the growth of LiNbO32019

    • 著者名/発表者名
      Qilin Shi, Chihiro Koyama, Jun Nozawa, Satoshi Uda
    • 学会等名
      第48回結晶成長国内会議
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [学会発表] バルク結晶成長から見た固液界面の存在とは?2019

    • 著者名/発表者名
      宇田聡
    • 学会等名
      大阪電気通信大学エレクトロニクス基礎研究所ワークショップ「固液を区別するパラメタ-長距離秩序か配向秩序か-」
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] А New Growth Method by Applying External Electric Fields2019

    • 著者名/発表者名
      Satoshi Uda
    • 学会等名
      26th CIRFE Seminar
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Growth of Mg-Doped Lithium Niobate Crystal with Stoichiometric Composition Coincident with Congruent Point2018

    • 著者名/発表者名
      Satoshi Uda, Hiromitsu Kimura
    • 学会等名
      2018 ISAF-FMA-AMF-AMEC-PFM Joint Conference (IFAAP2018)
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] 固液成長界面における酸化物融液の構造2018

    • 著者名/発表者名
      宇田聡
    • 学会等名
      第35回無機・分析化学コロキウム
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [学会発表] 無機機能材料の結晶成長2018

    • 著者名/発表者名
      宇田聡
    • 学会等名
      第2回結晶成長基礎セミナー
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] 融液成長における結晶への不純物分配2018

    • 著者名/発表者名
      宇田聡
    • 学会等名
      第41回結晶成長討論会
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] Oxygen-metal non-stoichiometry in the diffusion boundary layer during growth of congruent-melting LiNbO32018

    • 著者名/発表者名
      Satoshi Uda, Chihiro Koyama, Jun Nozawa, Hiromasa Niinomi, Junpei Okada
    • 学会等名
      6th European Conference on Crystal Growth (ECCG-6)
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Study on the interface potential distribution during growth of MgO-doped lithium niobate under an external electric field2018

    • 著者名/発表者名
      Qilin Shi, Chihiro Koyama, Jun Nozawa, Satoshi Uda
    • 学会等名
      Summit of Materials Science 2018: SMS2018
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Study on the interface potential distribution during growth of MgO-doped lithium niobate under an external electric field2018

    • 著者名/発表者名
      Qilin Shi, Chihiro Koyama, Jun Nozawa, Satoshi Uda
    • 学会等名
      第47回結晶成長国内会議
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [学会発表] Growth of new congruent oxide crystals with extended stoichiometric compositions2018

    • 著者名/発表者名
      Satoshi Uda
    • 学会等名
      International Symposium & School on Crystal Growth Fundamentals (ISSCGF2018)
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] ニオブ酸リチウム結晶成長におけるLiサイトおよびNbサイトへのMgの分配2018

    • 著者名/発表者名
      宇田聡、堀江勇介
    • 学会等名
      2018年第65回応用物理学会春季学術講演会
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
  • [学会発表] Compositional uniformity in the MgO-doped LiNbO3 crystal that is concurrently congruent and stoichiometric2018

    • 著者名/発表者名
      Qilin Shi, Chihiro Koyama, Jun Nozawa, Satoshi Uda
    • 学会等名
      2018年第65回応用物理学会春季学術講演会
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
  • [学会発表] 不純物添加したニオブ酸リチウムの融点およびキュリー温度に与える酸素欠陥の影響2017

    • 著者名/発表者名
      小山千尋、野澤純、岡田純平、宇田聡
    • 学会等名
      2017年第64回応用物理学会春季学術講演会
    • 発表場所
      パシフィコ横浜(神奈川県・横浜市)
    • 年月日
      2017-03-14
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
  • [学会発表] 固液近傍の酸化物融液の構造についての一考察2017

    • 著者名/発表者名
      宇田聡、岡田純平
    • 学会等名
      日本学術振興会第161委員会第99回研究会
    • 発表場所
      東北大学(宮城県・仙台市)
    • 年月日
      2017-03-10
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] Thermodynamic view on the oxide melt structure near the growth interface2017

    • 著者名/発表者名
      Satoshi Uda, Y. Tsuboi, S. Sakano, C. Koyama, J. Okada
    • 学会等名
      Collaborative Conference on Materials Research (CCMR) 2017
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Possible presence of Al-Ga complex in the Ca3Ta(Ga,Al)3Si2O14 melt and its partitioning during growth from the melt2017

    • 著者名/発表者名
      Satoshi Uda, Shuhei Sakano, Chihiro Koyama, Junpei Okada
    • 学会等名
      21st American Conference on Crystal Growth and Epitaxy (ACCGE-21)
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] 熱力学的自由度を増やして拡がる結晶づくりの新世界2017

    • 著者名/発表者名
      宇田聡
    • 学会等名
      2017年第78回応用物理学会秋季学術講演会
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] Al-Gaの固液分配現象から見るCa3Ta(Ga,Al)3Si2O14単結晶の成長界面融液構造2017

    • 著者名/発表者名
      宇田聡、坂野修平、小山千尋、野澤純
    • 学会等名
      第46回結晶成長国内会議(JCCG-46)
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
  • [学会発表] Compositional uniformity in the MgO-doped LiNbO3 crystal that is concurrently congruent and stoichiometric2017

    • 著者名/発表者名
      Qilin Shi, Chihiro Koyama, Jun Nozawa, Satoshi Uda
    • 学会等名
      第46回結晶成長国内会議(JCCG-46)
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
  • [学会発表] 酸化物結晶成長において界面融液で起きていること -界面融液構造の熱力学的解析-2017

    • 著者名/発表者名
      宇田聡
    • 学会等名
      第134回東北大学金属材料研究所講演会
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
  • [学会発表] 不純物添加したニオブ酸リチウムの融点およびキュリー温度に与える酸素欠陥の影響2016

    • 著者名/発表者名
      小山千尋、野澤純、岡田純平、宇田聡
    • 学会等名
      第132回東北大学金属材料研究所講演会
    • 発表場所
      東北大学(宮城県・仙台市)
    • 年月日
      2016-11-24
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
  • [備考] 東北大学金属材料研究所結晶材料化学研究部門 宇田研究室ホームページ

    • URL

      http://www.uda-lab.imr.tohoku.ac.jp/

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書 2017 実績報告書 2016 実績報告書

URL: 

公開日: 2016-04-21   更新日: 2021-02-19  

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