ランガサイト系新圧電結晶の結晶構造に基づく材料設計

2002 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 13650738
• Research Institution: Nagoya Institute of Technology
• Principal Investigator: 大里 斉 名古屋工業大学, 工学部, 教授 (20024333)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 工藤 康弘 東北大学, 大学院・理学研究科, 教授 ; 守越 広樹 TDK(株), 基礎材料研究所, 研究主任 ; 柿本 健一 名古屋工業大学, 工学部, 助手 (40335089)
• Keywords: 圧電結晶 / SAWフィルター / 結晶構造解析 / ランガサイト / 単結晶

Research Abstract

次世代移動体通信用デバイスとして、高性能な表面弾性波(SAW)フィルターが求められており、La_3Ga_3SiO_4(ランガサイト)系材料が有力な候補の一つである。前年度までに単結晶X線構造解析結果から、様々なカチオンで部分置換することによってサイト膨張/収縮したランガサイト構造とその圧電性能との間に一定の相関性が認められることを明らかにしてきた。今期では、更に確証を得る目的で、圧電性発現に類似環境となる高圧下でのランガサイト結晶の構造解析を進めた。
チョクラルスキー法によって合成したランガサイト単結晶をダイヤモンドアンピル高圧発生装置に供して、等方的に最大6Gpaまでの高圧印可を行い、in-situでX線構造解析を進めた。
高圧印可によって、ランガサイトは収縮したが、その収縮の程度は結晶中に存在する異なる4サイト間において異方性が認められ、格子定数の変化にも軸方位異方性が観測された。各サイトおよび空隙部分の体積変化を詳細に精密解析したところ、分極軸方向である[100]方向のAサイト(8配位十面体)の長軸A_LおよびBサイト(6配位八面体)の長軸B_Lがそれぞれ直線位置の上下に存在する空隙の収縮に伴って同時に収縮し、中でもAサイトの収縮に異方性が顕れることから、A-Bサイト間において相対的にカチオンと酸素イオンの平衡位置にずれが生じ、その結果、電荷バランスが崩れることにより[100]方位に圧電性が強く顕れることを照明した。