リラクサー発現メカニズムの解明～極性ナノ領域と不均一結晶場～

2010 年度 研究成果報告書

• 研究課題/領域番号: 21760524
• 研究種目: 若手研究(B)
• 配分区分: 補助金
• 研究分野: 無機材料・物性
• 研究機関: 東北大学
• 研究代表者: 木口 賢紀 東北大学, 金属材料研究所, 准教授 (70311660)
• 研究期間 (年度): 2009 – 2010
• キーワード: リラクサー / 強誘電体 / 極性ナノ領域(PNR) / 化学的秩序領域(COR) / ランダム場 / 電子顕微鏡 / 幾何学的位相解析 / 歪みマッピング

研究概要

塗布熱分解(MOD)法によるPb(Mg_<1/3>Nb_<2/3>)O_3(PMN)薄膜成長条件を探索し、SrTiO_3(STO)単結晶基板上にエピタキシャル成長した薄膜の作製に成功した。収差補正高分解能透過型電子顕微鏡(HRTEM)法により、PMNの原子分解能観察を行った。金属イオンだけでなく酸素イオンを含めた結晶構造像の撮影に成功した。Pb-O原子カラムとTi-O原子カラムを識別可能であった。得られた構造像より、原子カラム、特にPb-O原子カラムが<111>方向に変位し、単位格子が大きく変調を受けている様子が明らかになったことから、Bサイト原子の不均一結晶場に起因したリラクサー固有の特異な原子変位について直視観察に成功したことを示している。

研究成果

• [雑誌論文] Nanostructure and strain analysis of CeO_2/YSZ strained superlattice (2010)
  • 著者名/発表者名: Takanori Kiguchi, Toyohiko J. Konno, Naoki Wakiya, Hitoshi Morioka, Keisuke Saito, Kazuo Shinozaki
  • 雑誌名: Materials Science and Engineering B 巻: 173 ページ: 220-228
  • 査読あり
• [雑誌論文] Geometric Phase Analysis of Nano-Scale Strain Fields Around 90° Domains in PbTiO_3/SrTiO_3 Epitaxial Thin Film (2010)
  • 著者名/発表者名: Takanori Kiguchi, Kenta Aoyagi, Toyohiko J. Konno, Satoru Utsugi, Tomoaki Yamada, Hiroshi Funakubo
  • 雑誌名: Materials Research Society Symposium Proceeding 巻: 1199 ページ: 1199-F09-08-01-1199-F09-08-06
  • 査読あり
• [雑誌論文] Ferroelectric Properties of epitaxial BiFe_<0.97>Mn_<0.03>O_3 thin films with dioeerent crystal orientations deposited on buoeered Si substrate (2010)
  • 著者名/発表者名: Hyun-young Go, Naoki Wakiya, Takanori Kiguchi, Tomohiko Yoshioka, Osamu Sakurai, Jeoerey S. Cross, Junzo Tanaka, Kazuo Shinozaki
  • 雑誌名: Key Engineering Materials 巻: 445 ページ: 111-114
  • 査読あり
• [雑誌論文] Crystal Structure and Dielectric Property of Bismuth Layer-Structured Dielectric Films with c-Axis Preferential Crystal Orientation (2010)
  • 著者名/発表者名: Y. Mizutani, T. Kiguchi, T. J. Konno, H. Funakubo, H. Uchida
  • 雑誌名: Japanese Journal of Applied Physics 巻: 49 ページ: 09MA02-1-09MA02-6
  • 査読あり
• [雑誌論文] Antiferrodistortive Structural Phase Transition in Compressively-strained Epitaxial SrTiO_3 Film Grown on (La, Sr)(Al, Ta)O_3 Substrate (2010)
  • 著者名/発表者名: T. Yamada, T. Kiguchi, A.K. Tagantsev, H. Morioka, T. Iijima, H. Ohsumi. Kimura, M. Osada, N. Setter, H. Funakubo
  • 雑誌名: Integrated Ferroelectrics 巻: 115 ページ: 57-62
  • 査読あり
• [雑誌論文] Aberration-Corrected HRTEM Analysis of Transition Structure in Phase Boundary of ZrO_2 Ultra-Thin Film (2010)
  • 著者名/発表者名: Takanori Kiguchi, Toyohiko J. Konno, Naoki Wakiya, Kazuo Shinozaki
  • 雑誌名: Materials Research Society Symposium Proceeding 巻: 1231 ページ: 1231-NN03-12-01-1231-NN03-12-06
  • 査読あり
• [雑誌論文] Valence-EELS analysis of local electronic and optical properties of PMN-PT epitaxial film (2009)
  • 著者名/発表者名: Takanori Kiguchi, Naoki Wakiya, Kazuo Shinozaki, Toyohiko J. Konno
  • 雑誌名: Materials Science and Engineering B 巻: 161 ページ: 160-165
  • 査読あり
• [雑誌論文] Doping eoeect of Dy on leakage current and oxygen sensing property of SrTiO_3 thin film prepared by PLD (2009)
  • 著者名/発表者名: Naoki WAKIYA, Yusuke KIMURA, Naonori SAKAMOTO, Desheng FU, Toru HARA, Takashi ISHIG-URO, Takanori Kiguchi, Kazuo SHINOZAKI, Hisao SUZUKI
  • 雑誌名: Journal of the Ceramic Society of Japan 巻: 117 ページ: 1004-1008
  • 査読あり
• [雑誌論文] Preparation of Epitaxial LiNbO_3 Thin Film by MOCVD and Its Properties (2009)
  • 著者名/発表者名: Rintarou Morohashi, Naoki Wakiya, Takanori Kiguchi, Tomohiko Yoshioka, Junzo Tanaka, Kazuo Shinozaki
  • 雑誌名: Key Engineering Materials 巻: 388 ページ: 179-182
  • 査読あり
• [雑誌論文] 収差補正TEMによるZrO_2超薄膜における構造遷移層の解明 (2009)
  • 著者名/発表者名: 木口賢紀, 今野豊彦、脇谷尚樹、篠崎和夫
  • 雑誌名: 日本金属学会まてりあ 巻: 48 ページ: 599
  • 査読あり
• [学会発表] Pb(Mg_<1/3>Nb_<2/3>)O_3薄膜の作製と極性ナノ領域の解析 (2011)
  • 著者名/発表者名: 中村崇昭、青柳健大、木口賢紀、内田寛、坂元尚紀、脇谷尚樹、鈴木久男、宇佐美徳隆、今野豊彦
  • 学会等名: 日本セラミックス協会2011年年会
  • 発表場所: 浜松
  • 年月日: 2011-03-18
• [学会発表] PbTiO_3膜における積層欠陥形成による歪み緩和 (2011)
  • 著者名/発表者名: 青柳健大、兒玉裕美子、木口賢紀、宇佐美徳隆、今野豊彦、江原祥隆、舟窪浩、山田智
  • 学会等名: 日本セラミックス協会2011年年会
  • 発表場所: 浜松
  • 年月日: 2011-03-18
• [学会発表] Pb系強誘電体薄膜における極性構造の原子分解能観察 (2011)
  • 著者名/発表者名: 木口賢紀、青柳健大、中村崇昭、宇佐美徳隆、今野豊彦、江原祥隆、舟窪浩、山田智
  • 学会等名: 日本セラミックス協会2011年年会
  • 発表場所: 浜松
  • 年月日: 2011-03-18
• [学会発表] 鉛系緩和型強誘電体薄膜の作製と局所構造評価 (2011)
  • 著者名/発表者名: 中村崇昭, 木口賢紀, 内田寛, 坂元尚紀, 脇谷尚樹, 鈴木久男, 宇佐美徳隆, 今野豊彦
  • 学会等名: 日本セラミックス協会第49回セラミックス基礎科学討論会
  • 発表場所: 岡山
  • 年月日: 2011-01-12
• [学会発表] 鉛系強誘電体薄膜の局所弾性場イメージングによる格子欠陥相互作用の解明 (2011)
  • 著者名/発表者名: 木口賢紀、青柳健大、中村崇昭、 内田寛、舟窪浩、宇佐美徳隆、今野豊彦
  • 学会等名: 日本セラミックス協会第49回セラミックス基礎科学討論会
  • 発表場所: 岡山
  • 年月日: 2011-01-12
• [学会発表] 強誘電体薄膜における格子欠陥の弾性相互作用のナノイメージング (2010)
  • 著者名/発表者名: 木口賢紀, 青柳健大、宇佐美徳隆、舟窪浩、今野豊彦
  • 学会等名: 金属材料研究所第120回講演会(2010年秋季)
  • 発表場所: 金属材料研究所
  • 年月日: 2010-11-24
• [学会発表] CSD法による緩和型強誘電体の局所構造評価 (2010)
  • 著者名/発表者名: 中村祟昭、木口賢紀, 内田寛、宇佐美徳隆、今野豊彦
  • 学会等名: 金属材料研究所第120回講演会(2010年秋季)
  • 発表場所: 金属材料研究所
  • 年月日: 2010-11-24
• [学会発表] TEM暗視野像によるPbTiO_3薄膜ドメイン構造の極性判定 (2010)
  • 著者名/発表者名: 青柳健大, 木口賢紀, 宇佐美徳隆, 舟窪浩, 今野豊彦
  • 学会等名: 金属材料研究所第120回講演会(2010年秋季)
  • 発表場所: 金属材料研究所
  • 年月日: 2010-11-24
• [学会発表] Atomic-Resolution Imaging of Domain Polarity and Domain Wall Structure of PbTiO_3 Thin Film (2010)
  • 著者名/発表者名: Takanori Kiguchi, Kenta Aoyagi, Noritaka Usami, Toyohiko J. Konno, Yoshitaka Ehara, Tomoaki Yamada, Hiroshi Funakubo
  • 学会等名: 3rd International Congress on Ceramics
  • 発表場所: Osaka
  • 年月日: 2010-11-15
• [学会発表] 種々の膜厚を有するPbTiO_3エピタキシャル膜微細組織の電子顕微鏡観察 (2010)
  • 著者名/発表者名: 青柳健大、木口賢紀、今野豊彦、江原祥隆、山田智明、舟窪浩
  • 学会等名: 第30回エレクトロセラミックス研究討論会
  • 発表場所: 市ヶ谷
  • 年月日: 2010-10-30
• [学会発表] 種々の膜厚を有するPbTiO_3膜微細組織の電子顕微鏡観察 (2010)
  • 著者名/発表者名: 青柳健大、木口賢紀、今野豊彦、江原祥隆、山田智明、舟窪浩
  • 学会等名: 平成22年度日本セラミックス協会東北北海道支部研究発表会
  • 発表場所: 仙台市
  • 年月日: 2010-10-28
• [学会発表] Nanoscale Analysis of Elastic Interaction between 90° Domain and Misfit Dislocation in PbTiO_3/SrTiO_3 Epitaxial Thin Film (2010)
  • 著者名/発表者名: T. Kiguchi, K. Aoyagi, T.J. Konno, S. Utsugi, T. Yamada, H. Funakubo
  • 学会等名: The 4th International Conference on Science and Technology for Advanced Ceramics (STAC-4) 2010
  • 発表場所: Yokohama
  • 年月日: 2010-06-22
• [学会発表] 歪みの少ないエピタキシャル正方晶分極軸配向Pb(Zr,Ti)O_3厚膜を用いたソフトモードによる強誘電性の見積もり (2010)
  • 著者名/発表者名: 江原祥隆, 宇津木覚, 中島光雅, 山田智明, 舟窪浩, 飯島高志, 木口賢紀, 今野豊彦
  • 学会等名: 第27回強誘電体応用会議(FMA27)
  • 発表場所: 京都
  • 年月日: 2010-05-28
• [学会発表] 配向性ビスマス層状構造酸化物薄膜の結晶構造と誘電特性 (2010)
  • 著者名/発表者名: 水谷佑樹, 木口賢紀, 今野豊彦, 舟窪浩, 内田寛
  • 学会等名: 第27回強誘電体応用会議(FMA-27)
  • 発表場所: 京都
  • 年月日: 2010-05-28
• [学会発表] PbTiO_3薄膜90°ドメイン構造における局所歪み場の解析 (2010)
  • 著者名/発表者名: 木口賢紀, 今野豊彦, 青柳健大, 宇津木悟, 山田智明, 舟窪
  • 学会等名: 日本顕微鏡学会第66回学術講演会
  • 発表場所: 名古屋
  • 年月日: 2010-05-25
• [学会発表] PbTiO_3/SrTiO_3薄膜における90°ドメイン構造の歪み場イメージング (2010)
  • 著者名/発表者名: 木口賢紀, 青柳健大, 今野豊彦, 宇津木悟, 山田智明, 舟窪浩
  • 学会等名: 日本セラミックス協会2010年年会
  • 発表場所: 東京
  • 年月日: 2010-03-22
• [学会発表] 幾何学的位相解析によるPbTiO_3薄膜90°ドメインの局所歪み場解析 (2010)
  • 著者名/発表者名: 木口賢紀, 今野豊彦, 青柳健大, 宇津木悟, 山田智明, 舟窪浩
  • 学会等名: 第57回応用物理学会関係連合講演会(春期)
  • 発表場所: 平塚市
  • 年月日: 2010-03-19
• [学会発表] Geometric Phase Analysis of Nano- Scale Strain Fields around 90° Domains in PbTiO_3/SrTiO_3 Epitaxial Thin Film (2009)
  • 著者名/発表者名: Takanori Kiguchi, Kenta Aoyagi, Toyohiko J. Konno, Satoru Utsugi, Tomoaki Yamada, Hiroshi Funakubo
  • 学会等名: Materials Research Society 2009 Fall Meeting
  • 発表場所: USA, Boston
  • 年月日: 2009-12-02
• [学会発表] Aberration-Corrected HRTEM Analysis of Transition Structure in Phase Boundary of ZrO_2 Ultra-Thin Film (2009)
  • 著者名/発表者名: Takanori Kiguchi, Toyohiko J. Konno, Naoki Wakiya, Kazuo Shinozaki
  • 学会等名: aterials Research Society 2009 Fall Meeting
  • 発表場所: USA, Boston
  • 年月日: 2009-11-30
• [学会発表] 顕微鏡による結晶化メカニズムの解明 (2009)
  • 著者名/発表者名: 木口賢紀
  • 学会等名: 金属材料研究所第118回講演会(2009年秋季)
  • 発表場所: 金属材料研究所
  • 年月日: 2009-11-27
• [学会発表] Possibility of NO_x Sensing by using Titania Doped Ferrite Epitaxial Thin Film (2009)
  • 著者名/発表者名: Kazuo Shinozaki, Yusuke Inaba, Toru Hara, Takanori Kiguchi, Naoki Wakiya, Jeffrey S. Cross, Osamu Sakurai
  • 学会等名: The 26th International Japan-Korea Seminar on Ceramics
  • 発表場所: Japan, Tsukuba
  • 年月日: 2009-11-06
• [学会発表] Crystal orientation control of epitaxial Pb(Zr,Ti)O_3 and BiFeO_3 thin film deposited on atomic layer buffered Si and YSZ substrates (2009)
  • 著者名/発表者名: K. Shinozaki, H-Y. Go, T. Kiguchi, N. Wakiya, J. S. Cross and O. Sakurai
  • 学会等名: GJ-NST2009 (International Conference on Nano Science and Nano Technology 2009)
  • 発表場所: Korea, Mokpo
  • 年月日: 2009-11-06
• [学会発表] 酸化物薄膜のナノ歪み場解析 (2009)
  • 著者名/発表者名: 木口賢紀, 今野豊彦, 脇谷尚樹, 篠崎和夫、宇津木悟、山田智明、舟窪浩
  • 学会等名: 日本セラミックス協会第22回秋季シンポジウム
  • 発表場所: 松山市
  • 年月日: 2009-09-17
• [学会発表] 収差補正電子顕微鏡によるセラミック薄膜の界面構造解析 (2009)
  • 著者名/発表者名: 木口賢紀, 今野豊彦、脇谷尚樹、篠崎和夫
  • 学会等名: 日本機械学会2009年度年次大会
  • 発表場所: 盛岡
  • 年月日: 2009-09-14
• [学会発表] Aberration-Corrected HRTEM Analysis of Transition Layer Structure in ZrO_2 Ultra-Thin Film (2009)
  • 著者名/発表者名: T. Kiguchi, T. J. Konno, N. Wakiya, K. Shinozaki
  • 学会等名: Microscopy Conference 2009 in Graz
  • 発表場所: Austria, Graz
  • 年月日: 2009-09-01
• [学会発表] 収差補正電子顕微鏡によるZrO_2超薄膜の相境界構造遷移層の解明 (2009)
  • 著者名/発表者名: 木口賢紀、今野豊彦、脇谷尚樹、篠崎和夫
  • 学会等名: 日本顕微鏡学会第65回学術講演会
  • 発表場所: 仙台市
  • 年月日: 2009-05-29
• [備考] コニカミノルタ画像科学進歩賞(2011)
• [備考] 第35回日本セラミックス協会学術写真賞 特別賞(2010)
• [備考] 第35回日本セラミックス協会学術写真賞 優秀賞(2010)
• [備考] Poster Award in 3rd International Congress on Ceramics (ICC3) (2010)
• [備考] 第30回エレクトロセラミックス研究討論会 奨励賞
• [備考] 平成22年度日本セラミックス協会東北北海道支部研究発表会優秀ポスター賞
• [備考] 日本顕微鏡学会第10回奨励賞(2009)