マルチフェロイック物質及び新規高誘電率物質の第一原理計算を用いた研究と探索

まず、マルチフェロイック系物質、高誘電率物質への応用を考慮した鉛フリー圧電体の第一原理計算による研究を行った。現在、圧電材料においては、鉛系圧電体が非常に幅広く応用されており、この鉛フリー化は必須である。そこで、第一原理計算を用いて、鉛フリー圧電体の探索を行った。SnTiO_3に対して第一原理計算を用いた誘電性、圧電性の評価を行った。この結果、PbTiO_3と同等の圧電性を持つことがわかり、鉛フリー圧電体として有望であることがわかった。次に、マルチフェロイック系物質で応用上重要な物性でありながらあまり注目されていない磁気異方性について議論を行った。特に、巨大な電気分極を持つPbVO_3、BiCoO_3について第一原理計算と摂動論による理論解析を行った。結果として、これらの物質はよく似た結晶構造、磁気秩序、軌道状態をもつにも関わらず、磁気異方性には違いが発生することがわかった。次に、磁気異方性と同様にマルチフェロイック物質で重要であると考えられる圧電性について研究を行った。特に、PbTiO_3に関して薄膜歪みを加えた圧電性の変化を議論した。格子に対する非等方的圧力が分極回転を誘発することを示した。この時、圧電性が大きく向上することが示された。これらの結果により、現在までに研究されてきた元素置換を用いた化学的圧力を薄膜歪みに還元できると考えられ、新しい圧電材料の創成、探索の指針となると考えられる。この結果に関しては、相境界において誘電率が増大することから、新規高誘電率物質の創成にも寄与出来ると考えられる。

まず、マルチフェロイック系物質、高誘電率物質への応用を考慮した鉛フリー圧電体の第一原理計算による研究を行った。現在、圧電材料においては、鉛系圧電体が非常に幅広く応用されており、この鉛フリー化は必須である。そこで、第一原理計算を用いて、鉛フリー圧電体の探索を行った。SnTiO_3に対して第一原理計算を用いた誘電性、圧電性の評価を行った。この結果、PbTiO_3と同等の圧電性を持つことがわかり、鉛フリー圧電体として有望であることがわかった。次に、マルチフェロイック系物質で応用上重要な物性でありながらあまり注目されていない磁気異方性について議論を行った。特に、巨大な電気分極を持つPbVO_3、BiCoO_3について第一原理計算と摂動論による理論解析を行った。結果として、これらの物質はよく似た結晶構造、磁気秩序、軌道状態をもつにも関わらず、磁気異方性には違いが発生することがわかった。次に、磁気異方性と同様にマルチフェロイック物質で重要であると考えられる圧電性について研究を行った。特に、PbTiO_3に関して薄膜歪みを加えた圧電性の変化を議論した。格子に対する非等方的圧力が分極回転を誘発することを示した。この時、圧電性が大きく向上することが示された。これらの結果により、現在までに研究されてきた元素置換を用いた化学的圧力を薄膜歪みに還元できると考えられ、新しい圧電材料の創成、探索の指針となると考えられる。この結果に関しては、相境界において誘電率が増大することから、新規高誘電率物質の創成にも寄与出来ると考えられる。