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2011 年度 実績報告書

無容器過冷却凝固法による新しいマルチフェロイック物質の探索

研究課題

研究課題/領域番号 21360365
研究機関芝浦工業大学

研究代表者

栗林 一彦  芝浦工業大学, 工学部, 教授 (70092195)

キーワードマルチフェロイック物質 / ガスダイナミック浮遊炉 / 過冷凝固 / 酸素ポテンシャル / 相選択 / 希土類・遷移金属酸化物
研究概要

筆者らは、これまでにRFeO_3(R:(重)希土類元素)において、大きく過冷したメルトからの急速凝固により磁性と誘電性を兼ね備えたマルチフェロイックな性質を示す六方晶相(h-RFeO_3)が準安定相として生成することを明らかにしたが、同相の磁性はほとんどの場合、反強磁性であり、しかもその磁気変態点は~200Kと低く、実用性としてはこの点が障害になると思われた。これを改善するには、単相組織に替わって強磁性相、特にFe_3O_4とh-RFeO_3のナノコンポジット化が有力な方法と考えられることから、23年度は組成および生成条件を検討することにより、強磁性と強誘電性を兼ね備えたマルチフェロイックコンポジットの創製を指向した。このような観点から、先ず過冷凝固したRFeO_3の断面組織写真を詳細に調べたところ、強誘電性のh-RFeO_3が初晶として粗大晶出し、後段になって強磁性のFe_3O_4相とh-RFeO_3が微細な共晶として現れることが示唆されたので、Fe_3O_4とh-RFeO_3のナノコンポジット化を図るべく、組成と凝固条件を検討した。その結果、組成としてはFeの一部をMnに置換したLu(Mn_xFe_<1-x>)_yO_<3+z>(x:0.33,y:3+a,z:6+b)においてサブミクロンレベルの共晶組織が得られることを示し、併せて六方晶相の安定性を評価する指針として、h-RFeO_3を構成するイオン半径の幾何学的関係の考察から(r_R+r_O)/√2(r_<Fe>+r_O)≦0.87(r_R:R^<3+>のイオン半径、r_O:O^<2->のイオン半径、r_<Fe>:Fe^<3+>のイオン半径)が安定性の条件になることを提唱し、戦略的に入手が困難になっている希土類元素に替わって、Sc、Bi等の利用の可能性を示した。

  • 研究成果

    (15件)

すべて 2012 2011 その他

すべて 雑誌論文 (8件) (うち査読あり 7件) 学会発表 (6件) 図書 (1件)

  • [雑誌論文] Crystallographic Stability of Metastable Phase formed by Containerless Processing in REFeO3 (RE : Rare-earth Element)2012

    • 著者名/発表者名
      K.Kuribayashi, M.S.Vijaya Kumar
    • 雑誌名

      Materials Research in Microgravity

      巻: (印刷中)

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Morphological Transition in Crystallization of Si from Undercooled Melt2011

    • 著者名/発表者名
      Kazuki Watanabe, Katsuhisa Nagayama and Kazuhiko Kuribayashi
    • 雑誌名

      Journal of Physics : Conference Series

      巻: 327 ページ: 12018

    • DOI

      DOI:10.1088/1742-6596/327/1/012018

  • [雑誌論文] Metastable Phase Formation from Undercooled Melt of Oxide Material2011

    • 著者名/発表者名
      Kazuhiko Kuribayashi, M.S.Vijaya Kumar
    • 雑誌名

      Journal of Physics : Conference Series

      巻: 327 ページ: 12019

    • DOI

      10.1088/1742-6596/327/1/012019

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Entropy-Undercooling Regime Criterion for Metastable Phase Formation in Oxide Material2011

    • 著者名/発表者名
      Kazuhiko Kuribayashi, M.S.Vijaya Kumar
    • 雑誌名

      J.Jpn.Soc.Microgravity Appl.

      巻: 28 ページ: 68-71

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Influence of Morphological Transition on Crystallization Process in Si2011

    • 著者名/発表者名
      Kazuki Watanabe, Karsuhisa Nagayama, Kazuhiko Kuribayashi
    • 雑誌名

      J.Jpn.Soc.Microgravity Appl.

      巻: 28 ページ: 64-67

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Phase Selection in the Undercooled Melts of RMnO3 (R=rare earth) Using Containerless Solidification Technique2011

    • 著者名/発表者名
      Vijaya KUMAR, Kazuhiko KURIBAYASHI, Jianding YU, Masashi KANEKO, Takehiko ISHIKAWA, Shinichi YODA
    • 雑誌名

      J.Jpn.Soc.Microgravity Appl.

      巻: 28 ページ: 51-56

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Formation of Orthorhombic and Multiferroic Hexagonal Phases from an Undercooled RMnO3 (R5Rare-Earth Element) Melt Using a Containerless Technique2011

    • 著者名/発表者名
      Malahalli Shankaregowda Vijaya Kumar, Nami Higaki, Kazuhiko Kuribayashi, Taketoshi Hibiya, Shinichi Yoda
    • 雑誌名

      Journal of the American Ceramic Society

      巻: 94 ページ: 282-289

    • DOI

      10.1111/j.1551-2916.2010.04042.x

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Siの過冷凝固におけるTwin-related⇔Twin-free遷移2011

    • 著者名/発表者名
      渡邊一樹, 永山勝久, 栗林一彦
    • 雑誌名

      日本金属学会誌

      巻: 75 ページ: 188-192

    • 査読あり
  • [学会発表] Crystallographic Stability of Metastable Phase Formed by Containerless Processing in REFeO3 (RE : Rare-Earth Element)2012

    • 著者名/発表者名
      K.Kuribayashi, M.S.V.Kumar
    • 学会等名
      2012 TMS Annual Meeting & Exhibition
    • 発表場所
      Orlando, FL(招待講演)
    • 年月日
      20120312-20120314
  • [学会発表] Metastable Phase Formation from Undercooled Melt of Oxide Material2011

    • 著者名/発表者名
      K.Kuribayashi, M.S.V.Kumar
    • 学会等名
      4th Int.Symposium on Physical Sciences in Space
    • 発表場所
      Bonn-Bad Godesberg, Germany
    • 年月日
      20110711-20110715
  • [学会発表] Influence of Oxygen Partial Pressure on the Formation of Metastable Phases in the R-Fe-O System (R=rare-earth) by Levitation Technique2011

    • 著者名/発表者名
      M.S.V.Kumar, Ju Jianding, M.Kaneko, K.Kuribayashi, S.Yoda
    • 学会等名
      4th Int.Symposium on Physical Sciences in Space
    • 発表場所
      Bonn-Bad Godesberg, Germany
    • 年月日
      20110711-20110715
  • [学会発表] Morphological Transition in Crystallization of Si from Undercooled Melt2011

    • 著者名/発表者名
      K.Watanabe, K.Nagayama, K.Kuribayashi
    • 学会等名
      4th Int.Symposium on Physical Sciences in Space
    • 発表場所
      Bonn-Bad Godesberg, Germany
    • 年月日
      20110711-20110715
  • [学会発表] 無容器浮遊溶融法によるGeの過冷却凝固2011

    • 著者名/発表者名
      石橋裕輔, 栗林一彦, 永山勝久
    • 学会等名
      2011年日本金属学会秋季大会
    • 発表場所
      沖縄コンベンションセンター
    • 年月日
      2011-11-07
  • [学会発表] 準安定六方晶REFeO3(RE:希土類元素)の構造安定性2011

    • 著者名/発表者名
      栗林一彦, M. S. Vijaya Kumar
    • 学会等名
      2011年日本金属学会秋季大会
    • 発表場所
      沖縄コンベンションセンター
    • 年月日
      2011-11-07
  • [図書] Solidification of Containerless Undercooled Melts (ed by Dieter M.Herlach and Douglas M.Matson)

    • 著者名/発表者名
      K.Kuribayashi
    • 出版者
      WILEY-VCH(in press)

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公開日: 2013-06-26  

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