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電場印加マイクロ秒観察による強誘電体ドメインの構造物性解明

研究課題

研究課題/領域番号 17H02746
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 ナノ材料工学
研究機関大阪大学

研究代表者

佐藤 和久  大阪大学, 超高圧電子顕微鏡センター, 准教授 (70314424)

研究期間 (年度) 2017-04-01 – 2020-03-31
研究課題ステータス 完了 (2019年度)
配分額 *注記
17,550千円 (直接経費: 13,500千円、間接経費: 4,050千円)
2019年度: 5,590千円 (直接経費: 4,300千円、間接経費: 1,290千円)
2018年度: 7,020千円 (直接経費: 5,400千円、間接経費: 1,620千円)
2017年度: 4,940千円 (直接経費: 3,800千円、間接経費: 1,140千円)
キーワード電場印加 / マイクロ秒観察 / 時間分解 / 超高圧電子顕微鏡 / リラクサー強誘電体 / 強誘電体
研究成果の概要

本研究では、電子直接検出型CMOSカメラを搭載した超高圧電子顕微(HVEM)を用いて、リラクサー強誘電体PMN-0.3PTの分極反転過程の直接観察を試みた。HVEMに対応した新規電場印加ホルダーを製作し、PMN-0.3PT単結晶にHVEM内で電場を印加しながらドメイン構造変化を1/400秒のフレームレートで高速観察した。1 kV/mmの電場印加により、ドメインのコーナーから反転が始まりドメイン内部へと急速に伝播した。分極反転の速度論をKolmogolov-Avrami-Ishibashiモデルに基づいて解析した結果、2次元的な核生成・成長であることが判明した(n = 2.4-3.2)。

研究成果の学術的意義や社会的意義

本研究の大きな特徴は、超高圧電子顕微鏡を活用したバルク強誘電体試料の電場印加その場観察にある。実デバイスを模擬したバルク状厚膜試料を用いて、組成相境界近傍における強誘電体ドメイン構造とその電場応答を従来にない1/400秒スケールで可視化した点に学術的意義がある。リラクサー現象の構造物性を明らかにする上で、バルク単結晶に近い厚膜試料を対象とした電場印加高速その場観察法の実現は、統計的信頼性の観点から非常に有用と考えられ、広範な用途を有するリラクサー強誘電体材料開発のための研究手法として今後の発展が期待される。

報告書

(5件)
  • 2019 実績報告書   研究成果報告書 ( PDF )
  • 2018 実績報告書
  • 2017 実績報告書
  • 研究成果発表報告書
  • 研究成果

    (25件)

すべて 2021 2020 2019 2018 2017

すべて 雑誌論文 (7件) (うち査読あり 7件、 オープンアクセス 3件) 学会発表 (18件) (うち国際学会 4件、 招待講演 4件)

  • [雑誌論文] Domain Switching dynamics in relaxor ferroelectric Pb (Mg_<1/3>Nb_<2/3>) O_3-PbTiO_3 revealed by time-resolved high-voltage electron microscopy2021

    • 著者名/発表者名
      Kazuhisa Sato and Naoya Asakura
    • 雑誌名

      Journal of Applied Physics

      巻: 130 号: 16

    • DOI

      10.1063/5.0064291

    • 関連する報告書
      研究成果発表報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Athermal Crystal Defect Dynamics in Si Revealed by Cryo-High-Voltage Electron Microscopy2020

    • 著者名/発表者名
      Sato Kazuhisa、Yasuda Hidehiro
    • 雑誌名

      ACS Omega

      巻: 5 号: 3 ページ: 1457-1462

    • DOI

      10.1021/acsomega.9b03028

    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] High-Voltage Scanning Transmission Electron Microscopy: A Tool for Structural Characterization of Micrometer-Thick Specimens2019

    • 著者名/発表者名
      Sato Kazuhisa、Yamashita Yuki、Yasuda Hidehiro、Mori Hirotaro
    • 雑誌名

      MATERIALS TRANSACTIONS

      巻: 60 号: 5 ページ: 675-677

    • DOI

      10.2320/matertrans.MC201801

    • NAID

      130007636513

    • ISSN
      1345-9678, 1347-5320
    • 年月日
      2019-05-01
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Probing threading dislocations in a micrometer-thick GaN film by high-voltage scanning transmission electron microscopy2019

    • 著者名/発表者名
      K. Sato and H. Yasuda
    • 雑誌名

      Microscopy & Microanalysis

      巻: 25(Suppl 2) 号: S2 ページ: 842-843

    • DOI

      10.1017/s143192761900494x

    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] 超高圧電子顕微鏡による観察可能試料厚さの定量評価2019

    • 著者名/発表者名
      佐藤和久, 保田英洋
    • 雑誌名

      セラミックス

      巻: 54 ページ: 90-93

    • NAID

      130007507525

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Probing crystal dislocations in a micrometer-thick GaN film by modern high-voltage electron microscopy2018

    • 著者名/発表者名
      K. Sato and H. Yasuda
    • 雑誌名

      ACS Omega

      巻: 3 号: 10 ページ: 13524-13529

    • DOI

      10.1021/acsomega.8b02078

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Maximum usable thickness revisited: Imaging dislocations in Si by modern high-voltage scanning transmission electron microscopy2017

    • 著者名/発表者名
      Kazuhisa Sato, Yuki Yamashita, Hidehiro Yasuda, and Hirotaro Mori
    • 雑誌名

      Japanese Journal of Applied Physics

      巻: 56 号: 10 ページ: 1003041-4

    • DOI

      10.7567/jjap.56.100304

    • NAID

      210000148310

    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 査読あり
  • [学会発表] 超高圧電子顕微鏡を活用した材料組織変化の高速その場観察2021

    • 著者名/発表者名
      佐藤 和久
    • 学会等名
      日本顕微鏡学会関西支部特別講演会
    • 関連する報告書
      研究成果発表報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] リラクサードメイン構造の電場印加その場超高圧電子顕微鏡観察2020

    • 著者名/発表者名
      佐藤和久, 朝倉直哉, 保田英洋
    • 学会等名
      日本顕微鏡学会第76回学術講演会
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
  • [学会発表] Pb(Mg1/3Nb2/3)O3-PbTiO3における微細ドメイン構造の電場印加その場超高圧電子顕微鏡観察2020

    • 著者名/発表者名
      佐藤和久, 朝倉直哉, 保田英洋
    • 学会等名
      日本金属学会第166回(2020年春期)講演大会
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
  • [学会発表] Evaluation of the maximum usable thickness of semiconductor crystals in high-voltage scanning transmission electron microscopy2020

    • 著者名/発表者名
      K. Sato and H. Yasuda
    • 学会等名
      12th Asia-Pacific Microscopy Conference (APMC-2020)
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] 超高圧電子顕微鏡を活用したリラクサードメイン構造の電場印加マイクロ秒観察2019

    • 著者名/発表者名
      佐藤和久, 朝倉直哉, 保田英洋
    • 学会等名
      東北大学金属材料研究所ワークショップ「強誘電体関連物質の機能発現に関する構造科学の新展開」
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] Probing threading dislocations in a micrometer-thick GaN film by high-voltage scanning transmission electron microscopy2019

    • 著者名/発表者名
      K. Sato and H. Yasuda
    • 学会等名
      Microscopy & Microanalysis 2019
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] クライオ超高圧電子顕微鏡によるSi{113}欠陥の生成・消滅過程2019

    • 著者名/発表者名
      佐藤和久, 保田英洋
    • 学会等名
      日本物理学会第74回年次大会
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [学会発表] 低温電子照射によりSi(110)単結晶に導入される{113}欠陥の超高圧電子顕微鏡観察2018

    • 著者名/発表者名
      佐藤和久, 保田英洋
    • 学会等名
      日本金属学会2018年秋期(第163回)講演大会
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [学会発表] Evaluation of the maximum usable thickness of semiconductor specimens in high-voltage scanning transmission electron microscopy2018

    • 著者名/発表者名
      K. Sato, Y. Yamashita, H. Yasuda, and H. Mori
    • 学会等名
      12th Japanese-Polish Joint Seminar on Macro and Nano Analysis
    • 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] 低温電子照射によりSiに導入される格子欠陥のクライオ超高圧電子顕微鏡観察2018

    • 著者名/発表者名
      佐藤和久, 保田英洋
    • 学会等名
      日本顕微鏡学会第74回学術講演会
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [学会発表] 1MV STEMによるGaN厚膜試料中の転位の観察2018

    • 著者名/発表者名
      佐藤和久, 山下悠輝, 保田英洋, 森博太郎
    • 学会等名
      日本顕微鏡学会第74回学術講演会
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [学会発表] 超高圧電子顕微鏡によるGaN厚膜試料における観察可能試料厚さの定量評価2018

    • 著者名/発表者名
      佐藤和久, 山下悠輝, 保田英洋, 森博太郎
    • 学会等名
      日本物理学会第73回年次大会
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
  • [学会発表] 電場印加による強誘電体ドメイン構造変化の超高圧電子顕微鏡その場観察2018

    • 著者名/発表者名
      朝倉直哉, 佐藤和久, 保田英洋
    • 学会等名
      日本金属学会関西支部 材料物性工学談話会平成29年度第2回講演会&ポスター発表会
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
  • [学会発表] 超高圧電子顕微鏡を用いた1/400秒スケールその場観察と極厚試料における観察可能厚さの定量評価2017

    • 著者名/発表者名
      佐藤和久, 保田英洋
    • 学会等名
      超顕微科学研究拠点事業平成29年度研究発表会
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
  • [学会発表] Maximum usable thickness revisited: Imaging dislocations in semiconductors by modern high-voltage scanning transmission electron microscopy2017

    • 著者名/発表者名
      K. Sato, Y. Yamashita, H. Yasuda, and H. Mori
    • 学会等名
      The 3rd East-Asia Microscopy Conference (EAMC3)
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] 超高圧電子顕微鏡による観察可能試料厚さの定量評価2017

    • 著者名/発表者名
      佐藤和久, 山下悠輝, 保田英洋, 森博太郎
    • 学会等名
      日本物理学会2017年秋季大会
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
  • [学会発表] 超高圧電子顕微鏡による観察可能試料厚さの評価2017

    • 著者名/発表者名
      佐藤和久, 山下悠輝, 保田英洋, 森博太郎
    • 学会等名
      日本金属学会2017年秋期(第161回)講演大会
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
  • [学会発表] 電場印加による強誘電体ドメイン構造変化の超高圧電子顕微鏡その場観察2017

    • 著者名/発表者名
      朝倉直哉, 佐藤和久, 保田英洋
    • 学会等名
      日本金属学会2017年秋期(第161回)講演大会
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書

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公開日: 2017-04-28   更新日: 2023-03-30  

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