| 研究課題/領域番号 |
19H01827
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| 研究機関 | 岡山大学 |
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研究代表者 |
池田 直 岡山大学, 自然科学研究科, 教授 (00222894)
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| 研究分担者 |
沖本 洋一 東京工業大学, 理学院, 准教授 (50356705)
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| 研究期間 (年度) |
2019-04-01 – 2022-03-31
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| キーワード | 電子型強誘電体 / RFe2O4 / LuFe2O4 / 強誘電体 / 電子強誘電性 |
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| 研究実績の概要 |
強誘電体材料は現代の電子回路技術全てに必須であり、その強誘電体研究と工業生産において日本は世界的リーダーにある。近未来の電子回路技術では、超高周波回路や超小型誘電体材料が必要であり、それに対応する強誘電体の開発が求められている。我々が世界に先駆けて発見した電子強誘電体は、今までの強誘電体と異なりイオン変位ではなく電子の偏った分布から強誘電性が現れる。このため超高速動作や、省エネルギー動作が期待されている。本研究は、精密結晶合成技術と超高速光応答測定技術を駆使し、電子型強誘電体が持つ新奇で高速な誘電特性の解明・開拓を行う。我々は当概念の提唱者であり、世界に先んじて電子強誘電体の基礎を確立することが目的である。
本年は良質な単結晶作成を進め、電歪応答測定と、非線形光学応答である二次高調波発生（SHG）測定を行った。SHG信号の方位分析から非線形光学テンソルを求め、この信号の起源の電気分極がCmの空間群をもつことを決定することができた。さらに電場中SHG測定を実施し、電子型強誘電体の抗電場が 5V/cm程度と、著しく小さいことを解明した。SHG測定から求めた非常に小さな抗電場の値は、ピエゾ顕微鏡実験の結果と整合する。
これらから、RFe2O4には自発電気分極が存在し、強誘電体であることがわかった。強誘電性は、Cmの対称性を持つ極性な電荷秩序に起因し、分極反転が極めて低い電場で実現することも観測した。この結果は、10年以上続いてきた、常温に電子強誘電体が実在するか否か、という論争に終止符を打つものとなった。また、電子移動に伴う分極反転の実現が強く示唆される結果であり、今後の低エネルギー・超高速に動作する新しい強誘電体材料開発の道を開く結果となった。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
2: おおむね順調に進展している
理由
本年までの段階で、RFe2O4には自発電気分極が存在し、強誘電体であることを確定できた。どれも予定していた、高品位単結晶作製、非線形光学応答測定、電歪応答測定の実施によるものであり、計画は順調に推移している。
この結果は、10年以上続いてきた、常温に電子強誘電体が実在するか否か、という論争に終止符を打つものであり、また、電子移動に伴う分極反転の実現が強く示唆される結果であるため、現在この実験結果の論文投稿中である。
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| 今後の研究の推進方策 |
ここまでの結果から、電子強誘電体が常温に実在し、その電気分極が今までよりも３桁低い電位で動作することが示唆されている。さらに、非線形光学応答の測定は、既存の強誘電体を凌駕する、極めて高速領域での強誘電体動作が起こることも示唆されている。
これらは低エネルギー・超高速に動作する新しい強誘電体材料開発の道を開く結果であるため、当初計画通り、超高速光応答の実在と、その起源である、電子応答や格子応答の精密な分析をすすめる。
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