強誘電体物質研究のパラダイム転換

2019 年度 研究成果報告書

• 研究課題/領域番号: 18K18940
• 研究種目: 挑戦的研究(萌芽)
• 配分区分: 基金
• 審査区分: 中区分26:材料工学およびその関連分野
• 研究機関: 京都大学
• 研究代表者: 藤田 晃司 京都大学, 工学研究科, 教授 (50314240)
• 研究期間 (年度): 2018-06-29 – 2020-03-31
• キーワード: 強誘電体 / 圧電体

研究成果の概要

本研究では、層状ペロブスカイト酸化物の酸素八面体回転を制御して、結晶構造の反転対称性が破れた物質群（強誘電体・圧電体）の開拓を目指した。物質探索の結果、n = 1のルドルスデン－ポッパー(RP)型KRTiO4 (Rは希土類) が，酸素八面体回転により圧電性を示すことを見出した。
加えて，n = 2のRP型Sr3Zr2O7と(Sr,Ca)3Sn2O7において、2種類の酸素八面体回転の組み合わせにより強誘電性が発現することも明らかにした。本研究と既報のn = 2のRP型強誘電体に関する結果を含めて、幅広い温度範囲においてキュリー温度とペロブスカイト許容因子の間に相関があることを見出した。

自由記述の分野

無機材料化学

研究成果の学術的意義や社会的意義

膨大なペロブスカイト化合物の中で強誘電体・圧電体は5%に満たず、応用分野も限定的であった。本研究で示した酸素八面体回転を利用した強誘電体・圧電体の物質設計では、元素選択の自由度が大きいため、物質探索により高機能な新規強誘電体・圧電体が登場する可能性は大いにある。また、現在は鉛を含むペロブスカイトPb(Zr,Ti)O3が圧電素子として広範に利用されているが、環境保全の観点からこれを代替する無鉛圧電材料の開発が強く求められている。酸素八面体回転による強誘電性・圧電性の発現はそのような産業界の要望にも応えることができる。