2022 Fiscal Year Annual Research Report
機能化格子欠陥による磁性強誘電原子構造体の創出と力学的機能設計
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20H02027
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| Research Institution | Kyoto University |
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Principal Investigator |
嶋田 隆広 京都大学, 工学研究科, 教授 (20534259)
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| Project Period (FY) |
2020-04-01 – 2023-03-31
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| Keywords | 格子欠陥 / 強誘電体 / 磁性 / マルチフィジックス特性 / 第一原理計算 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
マルチフェロイクス（磁性強誘電体）は、相反する発現機構を有する磁性と強誘電性の両物性を示す点に特徴があり、これらの特性間における相互作用を利用してナノ電磁気機械システムや記録メディアなどの科学技術基盤を成す材料として注目を集めている。本研究では、材料中に含まれる原子空孔や転位、結晶粒界といった格子欠陥にマルチフェロイック特性が発現し得ることに着目し、格子欠陥に固有の微視的原子・電子構造に依存して発現する磁性強誘電性とその発現機構を解明することを目的とする。
より高度な機能を発現する対象として、表面と原子空孔が会合する複合欠陥領域についての解析を行った。その結果、空孔周囲にはSkyrmionやMeronといった位相幾何学的特徴を持った分極秩序に加え、同時に磁性も発現することを見出した。欠陥周囲の力学場等の物理場を評価したところ、表面構造ならびに空孔構造が作り出す変形場が融合することでトポロジカルな秩序が誘起されることが明らかになった。さらに、空孔同士がクラスタリングすることでSkyrmion Bubbleなどの多様なトポロジカル微視分極組織が形成されることを示し、これによって欠陥の自己組織化を利用した高度機能化の可能性を見出した。こうした力学場・分極・磁性のカップリング効果を考慮した力学モデルを構築し、独自のPhase-fieldプログラムに実装した。これにより、大規模な系でのマルチフィジックス・モデリングが可能となり、今後欠陥誘起機能の設計や高度化指針の構築が期待できる。
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| Research Progress Status |
令和4年度が最終年度であるため、記入しない。
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| Strategy for Future Research Activity |
令和4年度が最終年度であるため、記入しない。
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