|
電子誘電体の一種であるRFe2O4（Rは希土類、In）は圧電性、強誘電性、さらにマルチフェロイック特性を示すことが示唆されているが、機構の詳細は不明な点が多い。本研究では、RFe2O4の鉄イオンの電荷分布に起因する圧電性と、元素置換による結晶構造の対称性の制御に基づく圧電性を実現して、両者の相乗効果による巨大圧電効果を目指した。今年度は特に単結晶YFe2O4およびTmFe2O4を対象に、この系の本質的な物性を理解する目的で、圧電応答顕微鏡を用いた相転移挙動の解明と低電場応答の実現ならびにレーザー干渉システムを利用した圧電性と強誘電性の定量的評価を実施した。また、圧電特性、強誘電特性の向上を目指して希土類の一部をSb3+で置換した新規化合物の合成を試みた。前者については、電圧と誘電分極の関係において室温から80℃までは強誘電体に特徴的なヒステリシスカーブが観察され、電圧と歪みの関係では圧電体に特有のバタフライカーブが見られるのに対し、90℃ではヒステリシスならびにバタフライカーブは消失して常誘電体的な挙動が観察されたことから、相転移温度はいずれの化合物においても80～90℃付近にあることが示唆された。相転移の挙動については以下のように考察した。低温側では鉄イオンの3d軌道に存在する電子は局在化し、Fe3+とFe2+が共存した状態となるため、両者の電荷の違いに基づき鉄イオン層間に電気双極子が生じ、これらが強誘電的に配列する。高温では3d電子が熱的に活性化されて鉄イオンの酸化状態が2.5価になるため、層間の電気双極子は消失して常誘電体へと相転移する。Sb3+置換については、固相反応を用いて多結晶体の合成を試みた。Sb3+の固溶の確認には至らなかったが、高温での反応過程で原料の酸化アンチモンが揮発している可能性があり、今後は反応系を密閉するなどしてこれを防ぎ、結晶構造中にSb3+を効果的に導入する実験を進める予定である。
|
