| 研究課題/領域番号 |
18K04694
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| 研究機関 | 東京工業大学 |
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研究代表者 |
川路 均 東京工業大学, 科学技術創成研究院, 教授 (10214644)
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| 研究期間 (年度) |
2018-04-01 – 2023-03-31
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| キーワード | 巨大粒度効果 / 強弾性ドメイン構造 / 強誘電体 |
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| 研究実績の概要 |
本研究は、いくつかの強誘電体結晶において見られた通常では考えられないほどの大きなサイズを境に相転移が出現/消失する「巨大粒度効果」の機構を明らかにすることを目的としている。現在、CsZnPO4、CsCoPO4、RbZnPO4、RbCoPO4などの化学的に高純度でかつ欠陥などの物理的純度の高い単結晶試料をフラックス法により合成し、研究を進めている。得られた試料については、粉末X線回折実験を行い、単相の高品質な試料が得られたことを確認し、1 mm3程度以上のサイズの単結晶および粉末試料について、その相転移挙動を示差走査熱量計によって調べている。Zn塩、Co塩については、CsZnPO4を除く試料でI-II相転移、II-III相転移に加えて、巨大サイズ効果を示すIII-IV相転移についても、サイズの大きい単結晶では観測される一方、粉末試料でIII-IV相転移は観測されず、巨大粒度効果が確認できている。他方、CsZnPO4については、過去の研究において観測されたIII-IV相転移が単結晶においてすら観測されず、大きな単結晶試料について、高温でのアニールあるいは相転移温度以下の低温でのアニール、相転移系列の多数回の経験などにより相転移を出現させるべく様々な検討を行なっているが、現時点でもこの相転移の出現に至っていない。光学顕微鏡観察を行ったところ、この単結晶試料では強弾性ドメインが観測されなかったことから、強弾性ドメイン構造の存在が巨大粒度効果に大きな影響を与えていることを示唆してる。現在、巨大粒度効果が確認できたCsCoPO4、RbZnPO4およびRbCoPO4について、強弾性ドメイン密度を減らす方向で、高温で応力を印加したまま冷却してI-II相転移およびII-III相転移を経験させることにより、ドメイン構造を制御を行う実験を進めている。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
3: やや遅れている
理由
当初予定ではまず、(1)良質の単結晶試料の合成とドメイン密度の制御、(2)一軸応力下での相転移挙動の解明、(3)精密熱測定によるドメイン密度と相転移挙動の関連性の解明、(4)巨大粒度効果が期待される類似構造の酸化物の探査を行う予定であったが、(1)および(2)の点で進捗が遅れ、(3)についてはやって手がついた状況となってる。 CsZnPO4については、単結晶試料合成には成功しているものの、単結晶試料において予想される巨大サイズ効果を示すIII-IV相転移が観測できず、また、偏光顕微鏡観察により予想された強弾性ドメインが観測できなかったことで、当初の研究計画での「合成直後の単結晶試料において、大量の強弾性ドメイン壁が存在し、その密度を一軸応力を加えることによって減少させる」こととは逆に強弾性ドメイン密度を増やす方向での研究の必要が生じており、熱処理などの様々な方法を試しているが、依然としてIII-IV相転移の観察に至っていない。現在、III-IV相転移が観測できたCsCoPO4などについてドメイン密度と相転移挙動の関連性について調べている。また(4) に関連しては、新しくRbMnPO4などについて、試料を合成し、相転移挙動について調べているが、巨大粒度効果の観測が期待させる相転移系列ではなかった。このように、当初計画から進捗が遅れている。特に、コロナ禍により実験上の制約が大きく、思ったように研究を進められていない。今年度は、特に(3)の実施を行い研究を飛躍的に進めたい。
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| 今後の研究の推進方策 |
コロナ禍も収まりつつあり、今年度は、特に(3)の実験を飛躍的に進め研究を進展させたい。さらに、これまでに得られた成果を整理し、巨大粒度効果の起源を突きとめる方策を再検討し、新たな研究を展開したいと考えている。強弾性ドメイン構造の制御方法について再検討を行いつつ、機構解明のための解析を進めたい。さらに巨大粒度効果が期待される類似構造の酸化物の探査も行っていきたい。特に強誘電ドメイン構造が相転移におよぼす影響についてモデルを構築し，巨大粒子効果を評価する方法の確立を目指すために、得られた実験結果をもとに結晶中での巨大粒度効果の機構を解明し、この現象の相転移挙動の制御への可能性の検討を行う予定である。もしも、強誘電ドメイン構造が主要な原因であることが明らかになれば、異方的な歪みによる相転移挙動の制御について詳細に検討することができる。本研究で取り扱う系は自発歪が現われるもう1つの「強」物性である強弾性と強誘電が同時に現われる系であり、本研究で取り扱う巨大粒度効果は新しいマルチフェロイック現象の一つであるとも考えられる。このため、マルチフェロイックに関係した別の新しい現象が現われる可能性もあり、この点についても調査したい。
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| 次年度使用額が生じた理由 |
コロナ禍のため、特に低温での熱測定などの実施が困難となり、実験に用いる冷媒（液体ヘリウム）の購入量（学内での購入のためその他に計上）が少なった。また、出張ができず、旅費の使用が不可能であった。最終年度は、精密熱測定のためにこれらを使用する予定である。
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