PZTナノロッドの分極のソフト化による巨大圧電応答の実現と非鉛材料への展開

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本研究の目的は、強誘電体ナノロッドにおいて脱分極電界による分極のソフト化を用いた巨大圧電応答の発現メカニズムの実証することである。最終年度となる令和３年度は、パルスレーザー堆積（PLD）法で自己組織化成長させたチタン酸ジルコン酸鉛（PZT）ナノロッドの電場下でその場観察した結果の解析を行った。放射光X線回折により観察したPZTナノロッドの格子面間隔の変化を測定周波数やパルス電圧の時間幅依存性について解析した。主な測定条件は以下に示す3条件である。(1) 直流（DC）電圧を印加、(2) 5~200 μsの時間幅のパルス電圧を1 ms周期で印加、(3) 200 ns の時間幅のパルス電圧を800 ns周期で印加。以上の時間分解X線回折測定の結果よりPZTナノロッドでの大きな圧電特性の向上をもたらす要因には時間依存性があり、分極の大小変化だけでは説明できないことが明らかになった。これより熱力学現象論モデルにより予測された結果と同様に、大きな圧電応答をもたらす要因は分極回転であることが示唆的である。また、本研究で提案するナノロッド作製手法を同じ非鉛ペロブスカイト型酸化物である(K, Na)NbO3（KNN）に適用することでKNNナノロッドを作製できることを明らかにした。本ナノロッド作製手法は材料の構成元素に依存しない普遍的な手法として適用できることを示している。このように研究結果は脱分極電界による分極のソフト化が巨大圧電応答を誘起する要因であることを示唆している。本研究課題の目的を達成できたと考えている。