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反強誘電体に電場を印加すると、反並行に整列していた電気双極子が同じ向きに揃う。この特徴的な挙動を活かして、パワーデバイスや電気エネルギー貯蔵材料への応用が期待されている。こうした応用には、用途毎に特性をチューニングする必要があるが、現状ではそれが可能な反強誘電体の設計指針が確立されているとは言えない。
本研究では、層状ペロブスカイト酸化物の化学組成のバリエーションの豊富さと、層状構造の本質ともいえる層間のデカップリングに着目し、高いチューナビリティを実現する新規反強誘電体を開拓することを目的とする。第一原理計算によるスクリーニングを行った後、候補物質の合成・構造解析・誘電特性評価を行い、反強誘電性および相転移温度・電場の組成依存性を実験的に評価する。その結果を結晶化学的に理解することにより、自在な特性チューニングの指針を確立するとともに、層状物質における構造物性相関の学理の構築に繋げる。
これまで、Ruddlesden-Popper型層状ペロブスカイト酸化物A2A’B2O7を基点として、反強誘電性を示す物質の探索を行なってきた。前年度の研究成果踏まえて、本年度はスパークプラズマ焼結法およびポストアニーリング条件の最適化により、緻密かつ絶縁性の高いLi2CaxSr1-xNbyTa2-yO7系バルク試料を得ることができた。また、リーク電流を軽減するために、液体窒素温度における電気分極-電場曲線の測定系を構築した。それにより、反強誘電ダブルヒステリシスを明瞭に観察することができた。本研究成果により、Li2CaxSr1-xNbyTa2-yO7系が非常に高いチューナビリティをもつ反強誘電体のプラットフォームになることが明らかになった。
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