酸素配位八面体回転を活用した圧電・強誘電体材料の設計と第一原理計算による材料探索

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反転中心のない結晶構造をもつ物質は、圧電性や強誘電性などを示す。圧電トランスデューサや強誘電メモリなど、これを利用した多岐にわたるデバイスが実用化している。ペロブスカイト型構造をもつ圧電体および強誘電体の多くは、Pb2+のような不対電子対をもつイオンや、Ti4+のような2次のヤン-テラー効果を引き起こすイオン（d0電子状態）が、反転対称性の破れに大きな役割を担っている。そのため、このようなタイプの圧電・強誘電体の材料デザインは化学的に制限されている。こういった化学的な制限を打破するには、反転対称性を破る新たな原理を考える必要がある。一方で、多くのペロブスカイト酸化物(ABO3)において、酸素配位八面体BO6はAサイトカチオンの配位環境を最適化するために、結晶学的軸周りに回転している。このABO3ペロブスカイトの約90%においてBO6八面体は回転している。つまり、これはありふれた構造歪みであると言える。ABO3ペロブスカイトにおいては、いかにBO6八面体が回転しようとも、Bサイトに位置する反転中心は保たれる。しかし、ある種の層状ペロブスカイトにおいては、八面体回転により反転対称性は破れ得る。層状構造によりBサイトの反転中心を奪い、酸素配位八面体回転により残り全ての反転中心を奪うというのが本研究のアイデアの本質である。本研究では、上記のアイデアに基づいて、高精度第一原理計算により、層状ペロブスカイト酸化物の一種であるAサイト秩序型ダブルペロブスカイトをターゲットとして、新規な圧電・強誘電体物質群を探索した。