| 研究領域 | 超秩序構造が創造する物性科学 |
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| 研究課題/領域番号 |
20H05879
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| 研究機関 | 名古屋大学 |
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研究代表者 |
谷口 博基 名古屋大学, 理学研究科, 准教授 (80422525)
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| 研究分担者 |
久保園 芳博 岡山大学, 異分野基礎科学研究所, 教授 (80221935)
中島 清隆 北海道大学, 触媒科学研究所, 准教授 (90451997)
田中 秀明 大阪大学, 蛋白質研究所, 准教授 (40346169)
武田 博明 埼玉大学, 理工学研究科, 教授 (00324971)
佐藤 友子 広島大学, 先進理工系科学研究科(理), 准教授 (80553106)
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| 研究期間 (年度) |
2020-11-19 – 2025-03-31
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| キーワード | 超秩序構造 / 誘電体 / 局所構造 / 元素置換 |
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| 研究実績の概要 |
本研究課題では、誘電物性、量子物性、電子伝達特性に着目し、高誘電率高信頼性キャパシタや光誘電マンマシンインターフェイスの基礎となる誘電体マルチチューナビリティの創出、新奇な量子的絶縁性や超伝導特性に基づく未来エネルギー材料の創製、再生可能資源を活用した次世代の触媒反応系の構築、そして光合成反応における高効率電子伝達機構の完全理解の実現に向けて、優れた機能性を備えた超秩序構造の探索と設計、そして超秩序構造の機能性－構造相関の究明に取り組んでいる。2020年度は次に示す項目を実施した。①異価数元素複合置換ルチル型TiO2の単結晶育成と誘電特性評価/ワイドギャップアルミネートBa[(Al0.99Ga0.01)0.97Zn0.03]2Oにおける光誘電特性評価/間接型強誘電性アルミネートソーダライトの単結晶育成、②グラフェン１層を用いた新規デバイスの作製と動作メカニズムの解明と新規フェナセン型有機物質のトランジスタ特性の評価、③酸化物イオン伝導体の格子酸素を利用した新たな固体触媒の創出に向けた、欠損（立方，六方，層状）ペロブスカイト型化合物、Ca2M2O5 (M=Al, Fe, Mn)、およびBaAl2O4における触媒活性評価、④電子伝達タンパク質であるフェレドキシン（Fd）の光合成反応における作用機序解明に向けた、Fd中の鉄の蛍光X線ホログラムの観測と測定系および測定法の改良、⑤マイクロ引き下げ法およびチョクラルスキー法によるSr置換ランガサイト結晶の育成と熱応力の異方性の評価、⑥シリカガラスの永久高密度化のメカニズム解明に向けた、ダイヤモンドアンビル装置による高圧下その場時分割X線回折測定。研究代表者の所属する名古屋大学においては、特に (Nb0.5In0.5)0.01Ti0.99O2、(Nb0.5In0.5)0.01Ti0.99O2、(Nb0.5In0.5)0.01Ti0.99O2の単結晶をFZ法によって育成し、巨大分極応答性超秩序構造の創出に重点的に取り組んだ。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
1: 当初の計画以上に進展している
理由
2020年度、様々な組み合わせの異価数元素置換を施したルチル型TiO2単結晶の育成に成功し、さらに広い温度領域にわたる精密な誘電測定を実施することによって、置換元素と物性の相間を明らかにすることに成功した。さらに、Al2O3包埋下においてポストアニールを施したpost-annealed単結晶においては置換元素と物性の系統性に関して当初の予想を超えた顕著な変化を見出し、今後の研究の進め方と巨大分極応答性超秩序構造の設計指針に関する極めて重要な情報を得ることが出来た。これらの成果に基づいて次年度以降の研究を展開することで、本研究の加速が期待される。
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| 今後の研究の推進方策 |
2020年度に得られた結果は、異価数元素の微量共置換を施したルチル型TiO2における組成の精密分析の必要性を示している。したがって2021年度は、(Nb0.5In0.5)0.01Ti0.99O2、(Nb0.5In0.5)0.01Ti0.99O2、(Nb0.5In0.5)0.01Ti0.99O2のas-grown単結晶およびpost-annealed単結晶に対して蛍光Ｘ線分析および二次イオン質量分析法(SIMS)を実施し、ポストアニールが組成に及ぼす影響を明らかにする。また、SPring-8において蛍光Ｘ線ホログラフィを実施することによって異価数元素の微量置換によって生じる局所構造の究明に取り組み、得られた結果と誘電測定の結果を比較することによって、超秩序構造－誘電特性相関に関する知見を得る。一方、光誘電応答性超秩序構造の設計・創出にも並行して取り組む。具体的には、充填トリジマイト型のワイドギャップアルミネート化合物であるBaAl2O4に着目し、系統的な異価数元素の微量置換を施した高密度焼結体を合成し、光照射下における誘電測定を広い温度領域（300K~700K）と広い周波数帯域（10^2Hz~10^7Hz）において実施する。それによって、光照射による誘電率変化（光誘電効果）を示す新しい組成物の探索に取り組む。さらに得られた光誘電効果の周波数分散および温度変化を解析することによって光誘電応答性超秩序構造の設計指針に関する知見を得る。
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