研究課題
BaTiO3やPb(Zr,Ti)O3などに代表されるペロブスカイト型酸化物強誘電体・圧電体の設計は2次ヤーン－テラー効果に基づく金属元素－酸素間の共有結合の形成に立脚しており、結晶構造の反転対称性を破るために特定の元素に特有の性質（Ti4+のd0電子配置やPb2+の6s2孤立電子対）を必要する。近年、層状ペロブスカイト酸化物を対象に、酸素八面体回転によって結晶構造の反転対称性を破り、副次的なカチオン変位を誘起して自発分極を生み出す「ハイブリッド間接型」の機構が提唱されている。酸素八面体回転はカチオンの電子配置とは無関係に起こり、ペロブスカイト関連化合物において最もありふれた構造歪みである。このため、ハイブリッド間接型の機構を用いると、新規強誘電体の物質群が開拓される可能性がある。平成30年度には、n = 2のルドルスデン・ポッパー型層状ペロブスカイト酸化物Sr3Zr2O7や(Sr,Ca)3Sn2O7がハイブリッド間接型強誘電体であることを発見した。令和元年度は、それらの成果をさらに発展させ、n = 2ルドルスデン・ポッパー相を対象にハイブリッド間接型「反強誘電体」を探索した。具体的には、Sr3Zr2O7のZrの一部をTiに置換して、結晶構造の変化を調べた。放射光X線回折に基づいたSr3(TixZr1-x)2O7固溶体の室温結晶構造解析から、Tiの固溶量が少ない領域では極性構造（強誘電構造）が得られるが、Tiの固溶量が増加すると反極性構造（反強誘電構造）が安定化されることがわかった。これまでPbZrO3系反強誘電体が精力的に研究されてきたが、それらは有害な鉛を含んでいるため、環境への負荷が少ない非鉛反強誘電体の開発が求められている。ハイブリッド間接型反強誘電体の探索により、そのような要望に応える物質群が見つかる可能性が大いにあるといえる。
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Physical Review Materials
巻: 3 ページ: 065001/1～5
https://doi.org/10.1103/PhysRevMaterials.3.065001
Journal of the Optical Society of America B
巻: 36 ページ: E1～E1
https://doi.org/10.1364/JOSAB.36.0000E1
http://www1.kuic.kyoto-u.ac.jp
