新規非鉛巨大圧電体材料の創生

点击翻译按钮获取中文摘要

本研究は圧電特性の測定および新規MPBの探索を目的に下記の実験を行った。新規材料開発としてBiFeO_3-Bi(Zn_<1/2>Ti_<1/2>)O_3-Bi(Mg_<1/2>Ti_<1/2>)O_3固溶体のエピタキシャル膜をMOCVD法で作製した。1.正方晶BiFeO_3-Bi(Zn_<1/2>Ti_<1/2>)O_3薄膜の作製と正方晶性の制御(100)SrRuO_3//(100)SrTiO_3電極付き基板上にMOCVD法によって作製に成功した。作製した薄膜の正方晶性は1.22と従来のPbTiO_3やBaTiO_3の正方晶強誘電体と比べて非常に大きい。作製した薄膜の強誘電性を測定したところ、分極反転は確認できなかった。これは巨大正方晶性が原因と考えている。従って次にBi(Mg_<1/2>Ti_<1/2>)O_3を固溶させることで正方晶性を制御した。制御された薄膜の正方晶性はPbTiO_3と同様の正方晶性(1.07)を有し、分極反転を確認した。2.BiFeO_3-Bi(Zn_<1/2>Ti_<1/2>)O_3-Bi(Mg_<1/2>Ti_<1/2>)O_3薄膜におけるMPBの探索上記に記した正方晶構造の薄膜と菱面体晶BiFeO_3-Bi(Mg_<1/2>Ti_<1/2>)O_3の固溶体を作製することで、その組成相境界を発見した。組成相境界では正方晶および菱面体晶の共存領域が存在し、モデル材料のPb(Zr,Ti)O_3と同様の振る舞いを示していることが確認された。3.BiFeO_3-Bi(Zn_<1/2>Ti_<1/2>)O_3-Bi(Mg_<1/2>Ti_<1/2>)O_3薄膜におけるMPBの圧電特性正方晶と菱面体晶の組成相境界において比誘電率および圧電性の向上が確認された。この挙動は従来のPb系材料などに見られる正方晶・非正方晶組成相境界と同様であった。基板面外方向の圧電性は最大300pm/Vを示し、非鉛圧電体材料の中では非常に大きな値であることが確認された。