2003 Fiscal Year Annual Research Report

層状結晶格子を利用した非鉛系強誘電機能材料の設計

Research Project

Project/Area Number	14205096
Research Institution	The University of Tokyo
Principal Investigator	宮山勝東京大学, 大学院・工学系研究科, 教授 (20134497)
Co-Investigator(Kenkyū-buntansha)	野口祐二東京大学, 大学院・工学系研究科, 講師 (60293255)
Keywords	ビスマス層状構造強誘電体 / 格子欠陥 / 酸素空孔 / 酸素イオン伝導 / ドメイン構造 / 交代層構造 / 第一原理計算 / 圧電応答顕微鏡
Research Abstract	非鉛系のビスマス層状構造酸化物の層状結晶格子を活用し、従来にない強誘電機能、異物性融合機能を発現させるための材料設計を行うことを目的に研究を行い、以下の成果を得た。 (1)格子欠陥制御による基礎強誘電物性制御指針の確立チタン酸ビスマス(BIT)およびLa置換チタン酸ビスマス(La-BIT)単結晶を育成し、ドメイン構造を圧電応答原子間力顕微鏡により調べた。ともに90°および180°ドメインをもつがLa-BITでは逆位相ドメイン境界も存在しており、これがLa-BITの容易な分極反転をもたらすことを見出した。また、BITおよびLa-BITの高温電気伝導を雰囲気酸素分圧制御下で測定し、結晶軸方向毎の酸素イオン導電率、ホール導電率を分離して評価した。La-BITではBITに比べa軸方向の酸素イオン導電率、ホール導電率がともに小さい値であった。これは、La置換によるペロブスカイト層の安定化による欠陥量低減のためと推察され、第一原理計算により欠陥生成エネルギーを求めたところ、これを裏付ける結果が得られた。これらから、ドメイン構造評価と欠陥生成の理論計算が格子欠陥評価に有効であることを明らかにした。 (2)交代相および導電層をもつビスマス層状構造酸化物の作製異なるペロブスカイト層が積層した交代層構造の単結晶において、層に垂直(c軸)方向では一方の層のみが持つ分極成分が独自に発現すること、層に平行(a軸)方向では構成する層の分極成分の平均より大きな分極特性を示すことを実証した。また、単層体のチタン酸ビスマス(BIT)のTiをMnで置換した単結晶を作製し、その導電特性と分極特性を調べた。置換量が1.3at%の単結晶では、a軸方向で半導性、c軸方向で絶縁性と強誘電性を示した。c軸方向から電界印加して分極状態を変化させるとa軸方向の半導性が変化するという、導電率のメモリー効果を初めて見出した。

Research Products

(6 results)

All Other

All Publications (6 results)

[Publications] Masatake Takahashi et al.: "Effects of V-doping on Mixed Conduction Properties in Bismuth Titanate Single Crystals"Japanese Journal of Applied Physics. 42 Part 1・9B. 6222-6225 (2003)
[Publications] Yuji Noguchi et al.: "Praseodymium-modified SrBi_2Ta_2O_9 with Improved Polarization Properties at Low Electric Field"Journal of Applied Physics. 94・10. 6749-6752 (2003)
[Publications] Yuji Noguchi et al.: "Enhanced Polarization Properties by the Introduction of Cation Vacancies in BaBi_4Ti_4O_<15> Polycrystals"Transaction of Materials Research Society of Japan. 28・1. 113-116 (2003)
[Publications] Atsushi Kitamura et al.: "Change of Polarization Properties with Increasing Temperature in Stoichiometric- and Modified-SrBi_2Ta_2O_9"Key Engineering Materials. 248・CSJ-11. 3-6 (2003)
[Publications] Masayuki Soga et al.: "Domain Structure and Polarization Properties of Lanthanum-substituted Bismuth Titanate Single Crystals"Applied Physics Letters. 84・1. 100-102 (2004)
[Publications] Yuji Noguchi: "Chemical Bonding and Electronic States in α-PbO : Analysis by an ab initio Band Calculation"Journal of Ceramic Society.of Japan. 112・1. 50-56 (2004)

2003 Fiscal Year Annual Research Report

層状結晶格子を利用した非鉛系強誘電機能材料の設計

Principal Investigator

宮山 勝 東京大学, 大学院・工学系研究科, 教授 (20134497)

Research Products

[Publications] Masatake Takahashi et al.: "Effects of V-doping on Mixed Conduction Properties in Bismuth Titanate Single Crystals"Japanese Journal of Applied Physics. 42 Part 1・9B. 6222-6225 (2003)

[Publications] Yuji Noguchi et al.: "Praseodymium-modified SrBi_2Ta_2O_9 with Improved Polarization Properties at Low Electric Field"Journal of Applied Physics. 94・10. 6749-6752 (2003)

[Publications] Yuji Noguchi et al.: "Enhanced Polarization Properties by the Introduction of Cation Vacancies in BaBi_4Ti_4O_<15> Polycrystals"Transaction of Materials Research Society of Japan. 28・1. 113-116 (2003)

[Publications] Atsushi Kitamura et al.: "Change of Polarization Properties with Increasing Temperature in Stoichiometric- and Modified-SrBi_2Ta_2O_9"Key Engineering Materials. 248・CSJ-11. 3-6 (2003)

[Publications] Masayuki Soga et al.: "Domain Structure and Polarization Properties of Lanthanum-substituted Bismuth Titanate Single Crystals"Applied Physics Letters. 84・1. 100-102 (2004)

[Publications] Yuji Noguchi: "Chemical Bonding and Electronic States in α-PbO : Analysis by an ab initio Band Calculation"Journal of Ceramic Society.of Japan. 112・1. 50-56 (2004)

宮山勝東京大学, 大学院・工学系研究科, 教授 (20134497)