格子欠陥の導入による強誘電ドメインの挙動制御

通过引入晶格缺陷控制铁电域的行为

• 批准号: 08J09794
• 负责人: 北中 佑樹
• 金额: $ 1.15万
• 依托单位: The University of Tokyo
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2008
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2008 至 2010
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-08J09794/
• 关键词: 強誘電体材料; 圧電材料; 単結晶; 格子欠陥; ドメイン構造; 第一原理計算; 強誘電体単結晶

昨年度までに得られた知見をもとに、酸素空孔を極限まで減らすことによるBi系強誘電体結晶の高機能化を試みた。0.9MPaの高圧酸素下で溶液引き上げ(TSSG)法を用いて、Bi4Ti3O12単結晶を育成することに成功した。フラックス法(大気中、1075℃)により得た結晶の残留分極(Pr)と抗電界(Ec)は、それぞれ38μC/cm2および38kV/cmであったのに対し、TSSG法(高圧酸素下、960℃)で得られた結晶は、極めて矩形性の良いヒステリシス曲線を示し、大きなPr(48μC/cm2)と低いEc(29kV/cm)を示した。リーク電流密度(J)が約2桁減少し、60kV/cmの電界下において10^(-8)A/cm2程度の非常に小さいJが達成された。圧電応答顕微鏡によるドメイン構造観察の結果、得られた結晶ではほぼ完全な分極反転が達成されることが示された。また、高圧酸素下TSSG法によって、高品質な(Bi0.5Na0.5)TiO3単結晶の育成にも成功した。本研究で確立した単結晶育成手法によって、低電界かつ低エネルギー損失で分極反転が可能な高品質Bi系強誘電体結晶の育成を達成した。強誘電体の応用において大きな課題であった特性劣化のメカニズムを明らかにし、格子欠陥制御によるドメインクランピングの解消と分極機能の向上を達成した本研究成果は、ビスマスを始めとする、揮発性元素を含む材料の応用と高機能化に大きく寄与する成果であると思われる。今後は、格子欠陥と強誘電ドメインの相互作用について得た数多くの知見をもとに、より積極的なドメイン構造制御による特性向上へ発展させ、さらなる高機能や新規機能につなげていきたい。

Yesterday annual ま で に have ら れ た knowledge を も と に and acid, empty hole を limit ま で minus ら す こ と に よ る Bi is strongly induced electric crystallization の high functional を try み た. 0.9 MPa の solutions of high 圧 acid element で led き げ を (TSSG) method with い て, Bi4Ti3O12 単 crystallization を bred す る こ と に successful し た. フ ラ ッ ク ス method (large 気, 1075 ℃) に よ り た crystallization の residual points very と electrical resistance (Pr) community (Ec) は, そ れ ぞ れ 38 mu C/cm2 お よ び 38 kv/cm で あ っ た の に し seaborne, TSSG method (high 圧 acid under, 960 ℃) で must ら れ た crystallization は, extremely め て rectangular sex good の い ヒ ス テ リ シ ス curve を し Large な なPr(48μC/cm ²)と low な Ec(29kV/cm ²)を indicates た た. リ ー ク current density (J) が about 2 girder reduce し, 60 kv/cm の world under に お い て 10 ^ (8) A/cm2 degree の very small に さ い J が reached さ れ た. 圧 electric 応 answer 顕 micromirror に よ る ド メ イ ン tectonic 観 の results, have ら れ た crystallization で は ほ ぼ completely な points very inverse planning が reached さ れ る こ と が shown さ れ た. ま た, high 圧 acid element TSSG に よ っ て, high-quality な (Bi0.5 Na0.5) TiO3 単 crystallization の bred に も successful し た. で this study establish し た 単 crystallization breeding technique に よ っ て, low electricity industry か つ low エ ネ ル ギ で ー loss points very inverse planning が may な Bi is strongly induced high quality electric crystallization の bred を reached し た. Strong electricity body の lure 応 with に お い て big き な subject で あ っ た characteristics degradation の メ カ ニ ズ ム を Ming ら か に owe 陥 し, grid suppression に よ る ド メ イ ン ク ラ ン ピ ン グ の null と progressive function の を reach upward し た は, this research results ビ ス マ ス を beginning め と す る, wield 発 element contains を む material の 応 with high と function に big き く send す る results で あ Youdaoplaceholder0 think われる. Strong future owe 陥 は, grid と induced electric ド メ イ ン の interaction に つ い て have た more く の knowledge を も と に, よ り positive な ド メ イ ン tectonic suppression に よ る features up へ 発 exhibition さ せ, さ ら な る high function や new gauge function に つ な げ て い き た い.

项目成果

溶液引き上げ法を用いた高品質Bi系強誘電体単結晶の育成と物性評価

溶液提拉法生长优质铋基铁电单晶及物性评价

• 发表时间: 2009
• 作者: 北中佑樹;ほか
• 通讯作者: ほか

90-deg Domain Clamping by Oxygen Vacancies in Ferroelectric Bi_4Ti_3O_<12> Single Crystals

铁电 Bi_4Ti_3O_<12> 单晶中氧空位的 90 度畴钳位

• 发表时间: 2008
• 作者: Yuuki Kitanaka;et al.
• 通讯作者: et al.

High-performance Bi_4Ti_3O_<12> and(Bi_<0.5>Na_<0.5>)TiO_3 ferroelectric single crystals obtained by high-oxygen pressure crystal growth

高氧压晶体生长获得高性能Bi_4Ti_3O_<12>和(Bi_<0.5>Na_<0.5>)TiO_3铁电单晶

• 发表时间: 2009
• 作者: 荻野博司;田口孝;倉本洋;Yuji Noguchi
• 通讯作者: Yuji Noguchi

Bi_4Ti_3O_<12>系強誘電体結晶のドメイン反転に及ぼす欠陥制御の影響

缺陷控制对Bi_4Ti_3O_<12>基铁电晶体磁畴反转的影响

• 发表时间: 2009
• 作者: 北中佑樹;ほか
• 通讯作者: ほか

高圧酸素下におけるビスマス系強誘電体単結晶の育成と物性評価

高压氧下铋基铁电单晶的生长及物性评价

• 发表时间: 2008
• 作者: 北中佑樹;ほか
• 通讯作者: ほか