Ion-Boosted Organic Ferroelectrics

2023 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 22K19004
• Research Category: Grant-in-Aid for Challenging Research (Exploratory)
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Review Section: Medium-sized Section 32:Physical chemistry, functional solid state chemistry, and related fields
• Research Institution: Tohoku University
• Principal Investigator: Akutagawa Tomoyuki 東北大学, 多元物質科学研究所, 教授 (60271631)
• Project Period (FY): 2022-06-30 – 2024-03-31
• Keywords: 強誘電体 / ダイナミクス / イオン伝導 / イオンチャネル / 液晶 / アルキルアミド / 水素結合 / イオン変位

Outline of Final Research Achievements

Ferroelectrics with hysteresis in the electric field (E)-polarization (P) curve are essential materials for nonvolatile memory and switching devices. The performance of ferroelectrics is determined by the residual polarization value (Pr) and the coercive electric field (Ec) in the P-E hysteresis curve, and materials with larger Pr and smaller Ec are advantageous for stable device operation and energy saving. In this proposal, we attempted to hybridize ionic conductivity and ferroelectricity by molecular design of "ion transport + alkylamide chain," and challenged the creation of "ion-boosted organic ferroelectrics" in which Pr is amplified by an external electric field. I designed a channel capable of ionic displacement and coexisted it with ferroelectric alkylamide derivatives.

Free Research Field

物性化学

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

無機材料では実現が難しい多様なメカニズムである電荷移動、水素結合、プロトン移動、分子反転などの多様な分極反転メカニズムの設計が有機材料において可能である。今回、新たにイオンチャネル内のイオン変位を利用した強誘電体パラメーターの最適化に成功した。強誘電体ヒステリシスにおける分極値の増加は、オン・オフスイッチング特性を向上し、強誘電体から作られる不揮発性メモリの信頼性を向上させる。有機強誘電体メモリは、軽量化およびそのデバイス構造作成にかかるコスト削減の観点から、次世代の低環境負荷メモリ材料として大きな注目を集め手いることから、多様な動作メカニズムの提唱は、今後のさらなる学術的な発展を可能とする。