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磁性強誘電体（マルチフェロイクス）は、従来相反する磁性と強誘電性を同時に示すことが特徴であり、両特性間相互作用を利用して次世代ナノ科学技術の基幹を成す最重要材料として注目を集めている。この強誘電性・磁性は材料寸法に非常に敏感であることが知られており、特に、ナノスケールの構造体では臨界寸法を境に消失することが報告されている。一方、本研究では、材料中に存在する転位や原子空孔といった格子欠陥部に同特性が特異的に発現することに着目し、格子欠陥を工学利用することで臨界寸法以下の微細な磁性強誘電体を創出できる可能性を見出した。本研究では、格子欠陥の微視的構造に依存して発現する特異な磁性強誘電性と、その発現機構を解明することを目的としている。さらに、負荷ひずみに対する同特性の連動性(マルチフィジックス)の究明を目指す。
最終年度は、格子欠陥近傍の内部電位分布やひずみ分布、ならびに、電子状態を評価した。欠陥部に発現する磁性と強誘電性それぞれについて、これらの観点から発現機構を検討したところ、磁性は格子欠陥構造の不定比性による余剰電子がTiのd軌道に局在することで発現し、また、強誘電性は格子欠陥が作り出す局所ひずみによって発現していることが明らかとなった。これらを基に、格子欠陥の力学的・電気的特性を再現したPhase-field解析を実施し、欠陥の特徴（例えば、刃状転位またはらせん転位など）に依存した分極秩序の再現に成功した。
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