• 研究課題をさがす
  • 研究者をさがす
  • KAKENの使い方
  1. 課題ページに戻る

2015 年度 実施状況報告書

強誘電性ナノ単結晶のトロイダル強誘電性と光応答

研究課題

研究課題/領域番号 26400306
研究機関北海道大学

研究代表者

武貞 正樹  北海道大学, 理学(系)研究科(研究院), 准教授 (30311434)

研究期間 (年度) 2014-04-01 – 2017-03-31
キーワード強誘電性ナノ結晶 / 第二高調波発生 / 広帯域光散乱分光 / ハイパーレーリー散乱 / トロイダル強誘電性 / トロイダルソフトモード / 強誘電体 / SHG
研究実績の概要

物質はナノメートル領域まで極小化すると巨視的な系には発現しない新奇な物理現象が現れる。強誘電体では強誘電性が消失する臨界サイズや著しい誘電率の低下が報告されている。長距離的な協力的相互作用で発現する強誘電性相転移のメカニズムはサイズ効果でどのように変貌するか興味が持たれる。本研究では平成26年度に作製された粒径サイズ7,17,30 nmのチタン酸バリウムのナノ結晶試料と広帯域高分解能レーザー分光システム&ハイパーレーリー散乱分光システムを用いて各試料の広帯域スペクトルとSHG強度の温度依存性を測定した。SHG測定には、ハイパーレーリー成分の積分強度をSHG強度とすることで装置の温度変化に影響されない測定を可能とした。その結果、これまで測定が困難であった相転移点直上の微弱なSHGに関してもシグナル/ノイズ比に優れた温度依存性を得ることに成功した。実験結果は相転移点が粒径サイズの減少に伴って最小試料サイズの粒径7 nmまで直線的な上昇を示した。従来の報告では粒径が100 nmより小さくなると強誘電性の相転移温度が著しく低下し30 nmで強誘電性が消失する臨界サイズが報告されFeRAM等のデバイスの小型化技術において大きな問題となってきた。しかし本研究成果は粒径サイズ7 nmまで相転移温度が上昇を続けており、これまでの定着した概念を覆す結果を得た。さらに今後、7 nmより小さな粒径サイズ試料でどこまで相転移点が上昇するのか、また30 nmより大きな粒径サイズ試料を用いることで強誘電的な秩序形成がメゾスコッピクな系と、巨視的な系の相転移現象の間で物理的にどのようにクロスオーバーしていくか興味が持たれる。本研究成果は日本物理学会2015年秋季大会のシンポジウムで招待講演として、題目「広帯域光散乱分光法で探るナノ結晶のトロイダル強誘電性と秩序形成ダイナミクス」で発表された。

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

測定を予定していた広帯域光散乱スペクトルの温度依存性やSHG強度の温度依存性の測定は順調に進展し、これまで予想されていなかった非常に興味ある結果を得た。しかし本研究課題で主に用いている広帯域高分解能レーザー分光システムのレーザー光源が平成27年度の初め本研究課題の実験測定中に故障したため広帯域スペクトルの測定が困難となった。そこで平成27年度の途中から別の研究プロジェクトの実験システムで使用されているレーザー装置を借用して実験を継続した。しかし二つの研究プロジェクトで一つのレーザー装置を共用するため毎回の測定準備に費やす時間が大幅に増大し研究に掛かる負担が非常に大きくなるなどトラブルが発生した。今後、観測したい広帯域光散乱スペクトルの測定点がこれまで以上に増えることを考慮すると、これ以上の負担は研究の進展を妨げると判断して新しいDPSSレーザーを導入することとした。レーザーの購入費用の一部を本補助金で支出した。

今後の研究の推進方策

1)平成27年度に行ったチタン酸バリウムナノ結晶試料の第二高調波発生(SHG)強度の粒径サイズ依存性と温度依存性の測定結果から粒径サイズの減少に伴って相転移点が上昇する非常に興味ある結果を得た。本結果は従来の報告から予想される結果と全く逆の結果であり、事実であれば基礎・応用の視点で極めて重要な結果であり、たいへんにインパクトのある結果である。本年度は最終年度としてこの結果の再現性を詳細に確認すると伴に、得られた結果の理論的な解明を進める。
2)7 nmより小さな粒径サイズ試料でどこまで相転移点が上昇するのか、また30 nmより大きな粒径サイズ試料を用いることで強誘電性相転移機構がメゾスコッピクな系とマクロスコピックな系の間で物理的にどのようにクロスオーバーしていくか広帯域光散乱スペクトルと第二高調波発生から明らかにする。
3)チタン酸バリウムナノ結晶において紫外光照射下の広帯域光散乱スペクトルの温度依存性、粒径依存性、励起光強度依存性を測定し、スペクトル解析から紫外光照射による電子フォノン相互作用や光誘起相転移現象の発現について調べる。

次年度使用額が生じた理由

上記の次年度使用額について平成27年度(平成28年3月)までに発注と納品は完了したが代金の支払が平成28年度(平成28年4月)となった。

次年度使用額の使用計画

平成26年度より本研究課題で主に用いてきた広帯域高分解能レーザー分光システムのレーザー光源が平成27年度の初め実験中に故障し広帯域スペクトルの測定が困難となった。そこで平成27年度途中まで別の研究プロジェクトのレーザー装置を借用して本研究課題の実験を継続した。しかし二つの実験装置でレーザー装置を共用するため測定を行う時間が大きく制限されるなどのトラブルが生じたため新しいDPSSレーザーを導入することとした。本研究に最も適したレーザー装置について平成27年9-10月で調査検討を行い、仏国Oxxius社製のDPSSレーザー(型式LMX-532S-300-COL-PP)が最適であると判断した。平成27年11-12月で大学の発注作業が行われ平成28年3月に装置が納入された。レーザー装置の購入費用の一部が本補助金から支出された。

  • 研究成果

    (8件)

すべて 2016 2015

すべて 雑誌論文 (1件) (うち査読あり 1件) 学会発表 (7件) (うち招待講演 3件)

  • [雑誌論文] Anomalous Dielectric Behavior in A-site Ordered Perovskite CaCu3Ti4O12 : Effect of A '-site Doping2015

    • 著者名/発表者名
      N. Hasegawa, M. Sasaki, T. Hattori, H. Satoh, M. Takesada and A. Onodera
    • 雑誌名

      Ferroelectrics

      巻: 485 ページ: 129-135

    • DOI

      10.1080/00150193.2015.1061403

    • 査読あり
  • [学会発表] 超臨界水熱合成法で作成されたBaTiO3ナノ結晶の広帯域光散乱分光とSHG測定2016

    • 著者名/発表者名
      武貞正樹, 伯田幸也A, 陶究A, 高島浩A, 小野寺彰
    • 学会等名
      日本物理学会 第71回年次大会
    • 発表場所
      東北学院大学(宮城県仙台市)
    • 年月日
      2016-03-19 – 2016-03-22
  • [学会発表] 超臨界水熱合成法で作製されたSrTiO3ナノ結晶の広帯域光散乱分光II2016

    • 著者名/発表者名
      松島浩平, 槇口馨, 武貞正樹, 伯田幸也A, 高島浩A, 小野寺彰
    • 学会等名
      日本物理学会 第71回年次大会
    • 発表場所
      東北学院大学(宮城県仙台市)
    • 年月日
      2016-03-19 – 2016-03-22
  • [学会発表] Second Harmonic Generation in Nanocrystals of BaTiO32016

    • 著者名/発表者名
      Masaki Takesadsa
    • 学会等名
      The 5th Workshop on New Frontiers in Ferroelectrics 2016
    • 発表場所
      北海道大学(北海道札幌市)
    • 年月日
      2016-03-04 – 2016-03-06
    • 招待講演
  • [学会発表] ナノ強誘電体チタン酸バリウムにおける広帯域光散乱実験と第2次高調波発生2015

    • 著者名/発表者名
      武貞正樹、伯田幸也、陶究、高島浩、小野寺彰
    • 学会等名
      日本MRS 第25回日本MRS年次大会
    • 発表場所
      横浜市開港記念会館(神奈川県横浜市)
    • 年月日
      2015-12-08 – 2015-12-10
  • [学会発表] 強誘電性ナノ結晶の相転移ダイナミクス2015

    • 著者名/発表者名
      武貞正樹
    • 学会等名
      光・電子機能材料研究会 「最 近の光・電子機能材料の進展Ⅲ」
    • 発表場所
      九州工業大学(福岡県北九州市)
    • 年月日
      2015-12-05 – 2015-12-06
    • 招待講演
  • [学会発表] 広帯域光散乱分光法で探るナノ結晶のトロイダル強誘電性と秩序形成ダイナミクス2015

    • 著者名/発表者名
      武貞正樹
    • 学会等名
      日本物理学会 2015年秋季大会
    • 発表場所
      関西大学(大阪府吹田市)
    • 年月日
      2015-09-16 – 2015-09-19
    • 招待講演
  • [学会発表] 超臨界水熱合成法で作製されたSrTiO3ナノ結晶の広帯域光散乱分光2015

    • 著者名/発表者名
      松島浩平, 武貞正樹, 伯田幸也A, 高島浩A, 小野寺彰
    • 学会等名
      日本物理学会 2015年秋季大会
    • 発表場所
      関西大学(大阪府吹田市)
    • 年月日
      2015-09-16 – 2015-09-19

URL: 

公開日: 2017-01-06  

サービス概要 検索マニュアル よくある質問 お知らせ 利用規程 科研費による研究の帰属

Powered by NII kakenhi