異種電気物性領域をもつビスマス層状構造酸化物の設計

1999 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 10450318
• 研究機関: 東京大学
• 研究代表者: 宮山 勝 東京大学, 生産技術研究所, 助教授 (20134497)
• 研究分担者: 中村 吉伸 東京大学, 大学院・工学系研究科, 助手 (30198254) ; 工藤 徹一 東京大学, 生産技術研究所, 教授 (90205097)
• キーワード: 強誘電体 / 単結晶 / ビスマス層状構造酸化物 / 交代層構造 / 残留分極 / 抗電界 / 強誘電性相転移

研究概要

ビスマス層状構造酸化物は、ビスマス層と疑ペロブスカイト層が積層された結晶構造をもち、物性異方性の強い強誘電・圧電材料として知られている。しかし、その結晶構造(特にペロブスカイト層内の酸素八面体の数m)、強誘電性相転移温度と強誘電物性の相関はまだ十分に明らかでない。また、2種のペロブスカイト層が規則的に配列した交代層構造体では、強誘電性はほとんど調べられていない。本研究では、種々のビスマス層状構造酸化物の単結晶を育成し、結晶軸毎にその構造と強誘電物性の相関の評価を行うとともに、いくつかの交代層構造体を合成しその相転移および強誘電物性を調べた。さらに、方向により強誘電性、導電性が同時に発現する結晶体の設計・創製を目的に、半導性をもつビスマス層状構造酸化物の探索を行った。単結晶での強誘電性評価から、残留分極値はキュリー温度に、抗電界と分極反転速度はペロブスカイト層内の酸素八面体の数mに強く依存することが明らかとなった。また、mが1と2、2と3および3と4からなる交代層構造体の多結晶体の合成に成功し、それらの強誘電性相転移と強誘電物性を初めて明らかにした。mが1と2、2と3の系では、それを構成する単層体の相転移温度付近に2つの相転移が、またmが3と4の系では、単層体の相転移温度の中間付近に1つの相転移が見られることを確認した。交代層構造体では交代層を構成する単層体よりも大きな残留分極値をもつものを見出した。さらに、チタン酸ビスマスおよびBi-Ti-Fe-0系酸化物のTiあるいはFeの一部をMnで置換した固溶体では、Mn固溶量とともに導電率が増大しp型半導性を示すようになることを明らかにした。

研究成果

• [文献書誌] Yong-II Park: "Fabrication of PbBi_4Ti_4O_<15> and Pb_2Bi_4Ti_5O_<18> Thin Films by Sol-gel Method"J.Ceram.Soc.Jpn.. 107・5. 413-418 (1999)
• [文献書誌] Yong-II Park: "Structural Characterization and Electrical Properties of Lead Bismuth Zirconate Titanate Ceramics Prepared from Sol-gel Derived Powders"J.Ceram.Soc.Jpn.. 107・6. 527-533 (1999)
• [文献書誌] Hiroshi Irie: "Domain Motion in Bismuth-Layer-Structured Ferroelectrics by Applying Electric Fields"Jap.J.Appl.Phys.. 38・10. 5958-5963 (1999)
• [文献書誌] Masaru Miyayama: "Relations between Crystal Structure and Electrical Properties in Bismuth Laver-structured Feeroelectrics"Ceram.International. (印刷中). (2000)
• [文献書誌] Sung-Lak Ahn: "Fabrication and Electrical Properties of Bismuth Layer-structured Bi_5Ti_3Fe_<1-x>Mn_xO_<15> Ceramics"Mater.Rex.Bull.. (印刷中). (2000)
• [文献書誌] Hiroshi Irie: "Structure dependence of Ferroelectric Properties in Single Crystals of Bismuth Laver-Structured Ferroelectrics"Key Engineering Mater.,Electroceramics in Japan III. (印刷中). (2000)
• [文献書誌] Yuji Noguchi: "Analysis of Crystal Structure by the Rietvelt Method and Ferroelectric properties of Sr_<1-x>Bi_<2+x>Ta_2O_9"Key Engineering Mater.,Electroceramics in Japan III. (印刷中). (2000)
• [文献書誌] Yuji Noguchi: "Structural and Dielectric Properties of Intergrowth Bi_4Ti_3O_<12>-SrBi_4Ti_4O_<15> Ceramics"Trans.MRS-J. (印刷中). (2000)
• [文献書誌] Yong-Il Park: "Fabrication of Bismuth Layer Structured Lead Bismuth Titanate Thin Films Through Sol-gel Spin Coating"Ceramic Trans.; Dielect.Ceram.Mater.. (印刷中). (2000)