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2016 年度 実施状況報告書

チタン酸ストロンチウム薄膜を曲げて誘起される強誘電性の探求

研究課題

研究課題/領域番号 16K13668
研究機関広島大学

研究代表者

中島 伸夫  広島大学, 理学研究科, 准教授 (90302017)

研究期間 (年度) 2016-04-01 – 2019-03-31
キーワード酸素八面体 / 反強的歪み
研究実績の概要

チタン酸ストロンチウム(以下、STO)は、全温度範囲にわたって安定な常誘電体である。近年、「STO 板状結晶を曲げると強誘電性が現れる」という報告が相次いでいる。しかし、期待される電気分極は極めて小さいため、バルク単結晶を曲げて現れる強誘電性の真偽は定かでない。申請者らは、自発的に丸まって曲げ応力が加わっている「100 nm STO/20 μmホウケイ酸ガラス薄膜」のX線吸収分光測定を行った。その結果、分極発現を示す明確なスペクトル変化を発見した。本研究では、成膜条件(基板・膜厚など)と曲がり具合(曲率)を押さえながら、曲げ応力による強誘電性を明らかにする。安定な基板材料として広く用いられているSTO に、さらに強誘電性が付加されれば、新たな物質設計の展開が期待される。
初年度は、単結晶試料の曲げ応力による強誘電性の真偽をX線吸収分光による調べた結果を論文報告した(インパクト・ファクター=2.2)。多重散乱理論に基づく理論計算を基に、実験を再現する格子変形のモデルを考察したところ、単結晶で報告されている「曲げて現れる強誘電性」は、曲げることによって生じる酸素欠損が主因であると結論した。さらに、一軸応力下でのスペクトル変化についても投稿済みである。現在、薄膜試料を用いた測定結果を投稿準備中である。
全体を通して、STO内部の酸素八面体(TiO6)の回転が巨大な強誘電性の出現を妨げているとするモデルでどの結果も統一的に説明可能であると考えている。研究を継続して、この解釈を多角的に検証する予定でいる。

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

初年度は、予定していた薄膜試料のX線吸収分光測定とそのデータ解析を行うことができた。また、この結果に後押しされて、これまでの研究も論文出版という形で成果に残すことができた。初年度としては極めて順調に推移している。

今後の研究の推進方策

初年度の研究で、STO内部の酸素八面体の回転歪みが、この物質の強誘電性の鍵を握っていることが明らかになった。今後は、薄膜や複合ペロブスカイト酸化物も研究対象に広げ、この八面体歪みの動的制御を目指す。

次年度使用額が生じた理由

物品費が予定より増え、その分旅費の見直しを行うなどしたため、若干計画との差が生じた。

次年度使用額の使用計画

次年度の旅費として活用する。

  • 研究成果

    (18件)

すべて 2017 2016 その他

すべて 国際共同研究 (1件) 雑誌論文 (2件) (うち査読あり 2件、 オープンアクセス 2件、 謝辞記載あり 2件) 学会発表 (15件) (うち国際学会 3件)

  • [国際共同研究] University of Latvia(Latvia)

    • 国名
      ラトビア
    • 外国機関名
      University of Latvia
  • [雑誌論文] Observation of the flexoelectricity of a SrTiO3 single crystal by x-ray absorption and emission spectroscopies2017

    • 著者名/発表者名
      Cong Lu, N. Nakajima, and H. Maruyama
    • 雑誌名

      Journal of Physics: Condensed Matter

      巻: 29 ページ: 045702 1-6

    • DOI

      10.1088/1361-648X/29/4/045702

    • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Synthesis of TiO2 nanotubes: effect of post-treatment on crystallinity and photocatalytic activity2017

    • 著者名/発表者名
      Kyle Moriai, Nobuo Nakajima, Chikako Moriyoshi, and Hiroshi Maruyama
    • 雑誌名

      Mater. Res. Express

      巻: 4 ページ: 045017

    • DOI

      10.1088/2053-1591/aa66dc.

    • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
  • [学会発表] 蛍光X線検出高分解能X線吸収分光法による二酸化チタンの電子状態と光触媒活性2017

    • 著者名/発表者名
      大城佳祐、中島伸夫、野地祐磨、手塚泰久、野澤俊介
    • 学会等名
      第34回PFシンポジウム
    • 発表場所
      エポカルつくば
    • 年月日
      2017-03-14
  • [学会発表] BaTiO3薄膜のヒステリシス特性と時分割Ti K吸収スペクトルの双対性2017

    • 著者名/発表者名
      小野颯太、中島伸夫、芦聡、大城佳祐、安井伸太郎
    • 学会等名
      強的秩序とその操作に関する第4回研究会
    • 発表場所
      東京大学、本郷キャンパス
    • 年月日
      2017-01-04
  • [学会発表] Pulsed Electric Field Response of Electronic States in BaTiO3 Thin Film2016

    • 著者名/発表者名
      Sota Ono, Nobuo Nakajima, and Hiroshi Maruyama
    • 学会等名
      2016 Japan-Korea Student Workshop
    • 発表場所
      Hiroshima University
    • 年月日
      2016-11-25
    • 国際学会
  • [学会発表] Observation of the Flexoelectricity of a SrTiO3 Single Crystal by X-ray Absorption Spectroscopy2016

    • 著者名/発表者名
      Cong Lu, Nobuo Nakajima, and Hiroshi Maruyama
    • 学会等名
      2016 Japan-Korea Student Workshop
    • 発表場所
      Hiroshima University
    • 年月日
      2016-11-25
    • 国際学会
  • [学会発表] Observation of the Flexoelectricity of a SrTiO3 Single Crystal by X-ray Absorption Spectroscopy2016

    • 著者名/発表者名
      Cong Lu, Nobuo Nakajima, Sota Ono, and Hiroshi Maruyama
    • 学会等名
      The 8th Japan-China Symposium on Ferroelectric Materials and Their Applications (JCFMA8)
    • 発表場所
      Epochal Tsukuba
    • 年月日
      2016-09-30
    • 国際学会
  • [学会発表] マルチフェロイック物質BiFeO3?BaTiO3混晶系の局所構造と電子状態2016

    • 著者名/発表者名
      山中雄貴、佐野瑛彦、小野颯太、中島伸夫
    • 学会等名
      CMRC研究会「量子ビームを用いた多自由度強相関物質における動的交差相関物性の解明」とPF研究会「共鳴軟X線散乱を用いた構造物性研究の進展」の合同ワークショップ
    • 発表場所
      KEK小林ホール
    • 年月日
      2016-09-20
  • [学会発表] X線ラマン散乱によるCaCu3Ti4O12の電子構造研究IV2016

    • 著者名/発表者名
      手塚泰久、横内悠斗、中本星也、西山賢司郎、任皓駿、渡辺孝男、野澤俊介、中島伸夫、岩住俊明
    • 学会等名
      CMRC研究会「量子ビームを用いた多自由度強相関物質における動的交差相関物性の解明」とPF研究会「共鳴軟X線散乱を用いた構造物性研究の進展」の合同ワークショップ
    • 発表場所
      KEK小林ホール
    • 年月日
      2016-09-20
  • [学会発表] チタン酸バリウム薄膜における電子状態のパルス電場応答2016

    • 著者名/発表者名
      小野颯太、芦聡、中島伸夫、足立純一、丹羽尉博、安井伸太郎
    • 学会等名
      第77回 応用物理学会秋季学術講演会
    • 発表場所
      朱鷺メッセ
    • 年月日
      2016-09-15
  • [学会発表] 陽極酸化法によるTiO2ナノチューブの結晶性と光触媒活性2016

    • 著者名/発表者名
      森合海瑠、中島伸夫
    • 学会等名
      第77回 応用物理学会秋季学術講演会
    • 発表場所
      朱鷺メッセ
    • 年月日
      2016-09-14
  • [学会発表] X線ラマン散乱によるCaCu3Ti4O12の電子構造研究IV2016

    • 著者名/発表者名
      手塚泰久、横内悠斗、中本星也、任皓駿、渡辺孝男、野澤俊介、中島伸夫、岩住俊明
    • 学会等名
      日本物理学会 2016年秋季大会
    • 発表場所
      金沢大学、角間キャンパス
    • 年月日
      2016-09-14
  • [学会発表] BaTiO3 のTi-K 吸収スペクトルプリエッジ構造の静電場依存性2016

    • 著者名/発表者名
      中島伸夫、芦聡、小野颯太
    • 学会等名
      日本物理学会 2016年秋季大会
    • 発表場所
      金沢大学、角間キャンパス
    • 年月日
      2016-09-13
  • [学会発表] チタン酸バリウム薄膜における電子状態のパルス電場応答性2016

    • 著者名/発表者名
      小野颯太、芦聡、中島伸夫、足立純一、丹羽尉博、安井伸太郎
    • 学会等名
      日本セラミックス協会 第29回秋季シンポジウム
    • 発表場所
      広島大学、東広島キャンパス
    • 年月日
      2016-09-08
  • [学会発表] X-Ray Spectroscopic Study of the Electric Dipole Moment in Paraelectric SrTiO32016

    • 著者名/発表者名
      Nobuo Nakajima, Cong Lu, ChisatoTemba, and Shuhei Kawakami
    • 学会等名
      2016 Joint RCBJSF-IWRF Conference
    • 発表場所
      Kunibiki Messe, Matsue
    • 年月日
      2016-06-22
  • [学会発表] Local structure and electronic states of BiFeO3-BaTiO3 solid solutions studied by X-ray absorption spectroscopy2016

    • 著者名/発表者名
      Nobuo Nakajima, Sota Ono, Yuuki Yamanaka, and Akihiko Sano
    • 学会等名
      2016 Joint RCBJSF-IWRF Conference
    • 発表場所
      Kunibiki Messe, Matsue
    • 年月日
      2016-06-21
  • [学会発表] Observation of the Flexoelectric Origin of a SrTiO3 Single Crystal by X-ray Absorption and Resonant X-ray Emission Spectroscopies2016

    • 著者名/発表者名
      Cong Lu, Nobuo NAKAJIMA, Shuhei Kawakami Chisato Temba, Sota Ono, and Hiroshi Maruyama
    • 学会等名
      2016 Joint RCBJSF-IWRF Conference
    • 発表場所
      Kunibiki Messe, Matsue
    • 年月日
      2016-06-21

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公開日: 2018-01-16  

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