| 研究課題/領域番号 |
26620190
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| 研究機関 | 東京工業大学 |
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研究代表者 |
伊藤 満 東京工業大学, 応用セラミックス研究所, 教授 (30151541)
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| 研究期間 (年度) |
2014-04-01 – 2016-03-31
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| キーワード | 酸化アルミニウム / 酸化鉄 / 強誘電性 / 薄膜 / 静電浮遊炉 / ガス浮遊炉 |
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| 研究実績の概要 |
2012年に東大のグループによってκ-Al2O3と同型をもつε-Fe2O3の作製が水熱法を用いて合成され報告されている。第1原理計算によりκ-Al2O3と同時にε-Fe2O3のエネルギーを計算し、κ-Al2O3とα-Al2O3,ε-Fe2O3とα-Fe2O3のエネルギー差を把握した。また、最近、申請者のグループが行っているκ-Al2O3とほぼ同型のGaFeO3型のFeAlO3の計算も試み、鉄をアルミニウムで置き換えた場合の相安定性のエネルギー差を評価した。その結果、κ-Al2O3の分局反転の活性化エネルギーはε-Fe2O3と同程度の大きさであり、固溶体薄膜においても十分に分局反転が可能であることを確認した。第1原理計算はJFCCの森分氏に依頼し、試料作製は大学院修士学生2名と博士学生1名が担当した。
薄膜作製は通常の固相法で作製した酸化アルミニウムペレットあるいはサファイア単結晶を用いた。D-Eループの測定を行ったところ、強誘電性ループが確認された。この結果、本研究の意図するアルミナの強誘電体化が可能であることを確かめた。さらに、通常の条件では、κ-Al2O3とε-Fe2O3はκ-Al2O3側90％まで固溶することを確かめた。浮遊法に用いる焼結体サンプルを球状に整形し、ガス浮遊炉と静電浮遊炉に最適な大きさを決定して大量に作製するための準備を行った。
次年度ははこれらの結果に基づき、強誘電性κ-Al2O3を作成する条件を最適化して実験を遂行する。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
1: 当初の計画以上に進展している
理由
まだ、薄膜のみであるが、κ-Al2O3とε-Fe2O3の固溶体がほぼ全域で固溶し、格子定数から見積もった体積は、バルクのそれにほぼ等しく、磁化もバルクにほぼ対応することが確かめられた。最も重要なのは、D-Eループが強誘電体固有のヒステリシスを確認したことである。さらに第1原理計算により分極反転の際の活性化エネルギーを計算したところ、0.15 eV程度で有り、実験的に可能な値であることが判明した。また、分極反転の際の局所的構造変化を明らかにした。これまでの物質系と全く異なり、極めて特異な機構であることが明らかになった。
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| 今後の研究の推進方策 |
・薄膜作製に関しては、サファイア以外の基板上に堆積させて、基板ーサンプルのサイズミスマッチによる応力を制御して、純アルミナ強誘電体を作製する。
・無容器溶融法による強誘電体アルミナの作製を試みる。
・計算結果と実験結果を組み合わせてIFの高い雑誌に投稿するとともに、国際会議で結果を公表する。
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| 次年度使用額が生じた理由 |
本年度は薄膜作製の実験により、予想外とも言えるインパクトのある結果が得られたため、他の実験に優先して遂行した。当初予定していた、上海珪酸塩研究所での実験は、次年度に繰り越したため。
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| 次年度使用額の使用計画 |
薄膜作成用基板購入、外国滞在旅費、成果発表旅費（国内）、成果発表旅費（国外）、その他消耗品
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| 備考 |
極めてオリジナリティーの高い結果のため、結果の公表は論文投稿を優先する。
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