| 研究課題/領域番号 |
16K05398
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| 研究機関 | 電気通信大学 |
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研究代表者 |
阿部 浩二 電気通信大学, 大学院情報理工学研究科, 教授 (20183139)
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| 研究期間 (年度) |
2016-10-21 – 2019-03-31
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| キーワード | 酸化物の強誘電性 / Aサイト置換誘起相転移 / ラマン散乱分光 |
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| 研究実績の概要 |
昨年度から引続き行ってきたAサイト低濃度（x=0.05～0.1）イオン置換のSnドープS1-xSnxTiO3 と参照物質Pbドープsr1-xPbxTiO3試料に比熱の温度変化を構造相転移点と強誘電相転移温度近傍で測定を行った。置換イオンの種類とドープ量の異なる試料での比熱測定結果には、強誘電相転移点近傍ではSnドープには異常が確認できず、Pb では顕著な異常が確認でき、明らかな違いが見られた。一方、構造相転移温度近傍では置換イオンの違いに因らず同様な振舞いが観測された。この結果から置換イオンの種類に因らないつまりイオンの半径の違いに因らずSrTiO3のゾーン境界のソフトモードによるTo 構造相転移は低濃度ドープ量が約５％で消失することが明らかとなった。
この結果は、構造相転移の消失はイオンの種類に因らず結晶構造の安定性によるものと考えられる。これまでトレーランスファクターによる考察で進めていたが、新たな考察の方向を見出すことが出来た。また、低濃度ドープ領域では、Snドープ資料では強誘電性の発現はリラクサー的であり、Pbドープ試料では強誘電的であり、この違いがSnドープ試料の強誘電性の特性を導いていると考えている。
一方、Sr1-xSnxTiO3試料のラマンスペクトルではソフトモードと関係していると思われる強誘電相でのソフトモードのハード化は観測されているがソフトモードの明らかな凍結は観測されていない。また、分極揺らぎによる緩和モードの存在も決定的な実験的根拠は得られていない。 参照物質、Sr1-xPbxTiO3試料のスペクトルの温度変化の比較を行うためにスペクトルの精密な測定と詳細解析が必要であることがわかった。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
2: おおむね順調に進展している
理由
不透明な酸化物セラミックスの場合、ソフトモードの測定は弾性散乱の影響が強くシグナル強度も弱い。29年度は、計画通り強誘電性の起源を明らかにする低波数領域（10～100cm-1）の２次元の検出器とノッチフィルターを用いて時間を短縮する効率的な測定装置の構築を行った。低波数側が20cm-1まで測定が可能となった。
28年度に実施した比熱測定の技術の修得を目的とする予備的な比熱の測定で得られた、SnおよびPbによるAサイト置換したSrTiO3の約105Kでの構造相転移近傍の比熱の測定により、高濃度のAサイトSn置換とPb置換では、置換原子のイオン半径に依らず、構造相転移が消失することを明らかにすることが出来た。29年度はSn置換率が低ドープ領域の1％及び5％の資料の比熱の測定から、1％では105Kの構造相転移が観測されること5％以上では構造相転移が消失することが明らかになった。また、Pbでも同様に低濃度では構造相転移が消失することが確認できた。ゾーン境界の格子振動のソフト化により生ずる立方晶からセルサイズが2倍となる正方晶への構造相転移の抑制が強誘電相の出現と関係があるとの考察が出来た。
これまでは、トレーランスファクターによる相転移の分類をもとに強誘電性を議論する予定であったが、構造安定性の観点から議論することが必要であることが分った。
以上のことから、おおむね順調に進展していると判断した。
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| 今後の研究の推進方策 |
29年度の異なる置換イオンと異なる低濃度置換率の資料を用いた比熱の測定より、イオン半径に係わらずのAサイトの5％置換による構造相転移の消失が明らかとなった。
また、比熱の測定から強誘電性の現れる温度（仮にTcとする）での誘電率の振舞いがSn置換ではリラクサー的で、Pb置換では強誘電性の振舞いが観測されていることを考慮して、
強誘電相転移と構造相転移の両方が生ずる低濃度5％以下と強誘電相転移のみの5％以上の試料を用いて、現在準備中の低波数領域のラマンスペクトル測定装置による、格子振動の温度変化の測定から2つの相転移における格子振動の振舞いの違いを明らかにする。
置換イオンの種類に因らず構造相転移が消失することについて、他のイオンでの検証と原因とメカニズムを明らかにする。また、比熱及び誘電率の振舞いと格子振動の3つの温度変化を説明するモデルの構築を行う。
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| 次年度使用額が生じた理由 |
昨年度も理由として挙げたように追加採択であったために、自助努力による別経費での機器の購入済みにより、初年度の追加採択での基金を十分に執行出来なかったことが今年度の執行にも影響を与えていたことが大きな理由である。また、寒剤や学内の研究設備の使用料が科研費で支払うことが出来ないことも今年度予算の消化を妨げた。
しかし、計画の見直しで、年度末にラマン散乱測定装置の改良として2次元検出器を購入して計画的に予算を消費しており、最終年度への繰り越しは減少している。最終年度の予算は、測定系の構築における光学部品等で問題なく執行できる。
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