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巨大正圧電効果の発現を目指したビスマスフェライト薄膜の結晶・ドメイン構造制御

铁氧体铋薄膜的晶体/畴结构控制旨在发展巨大的正压电效应

基本信息

批准号：
12J10160
负责人：
氏本勝也
金额：
$ 0.58万
依托单位：
Osaka Prefecture University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2012
资助国家：
日本
起止时间：
2012 至无数据
项目状态：
已结题

项目摘要

強誘電体の圧電効果は外場を印加したときのドメイン壁の運動や構造相転移によって、その応答が大きく変化する。リラクサー系強誘電体単結晶においては、外場の印加によって菱面体晶から単斜晶を経て正方晶へと相転移し、これに伴う分極軸の回転が起因した巨大な圧電応答の発現が報告されている。この現象は薄膜においても有効であると考え、本研究では、1OOμC/cm^2もの巨大な自発分極量を有する非鉛強誘電体BiFeO_3を薄膜化し、その圧電特性を向上させるための材料設計の指針を明らかにすることを目的として、エピタキシャル歪を用いて結晶およびドメイン構造の制御を行った。成果としては、エピタキシャル歪を用いて71°ドメイン壁密度を増加させることによって、振動発電素子への応用における発電性能指数として、Pb(Zr,Ti)O_3薄膜で報告されている最大値(21.9GPa)に匹敵する20.9GPaを得ることができた。基板からの歪を緩和し、ドメイン壁の運動を促進させる従来の方法とは逆の材料設計がBiFeO_3薄膜において効果的であることを見出した。また、電場の印加によって数10^<-3>の非線形な逆圧電歪が得られたことから、印加する外場の違いに留意する必要があるが、同程度の歪場を印加することで非線形な巨大正圧電応答の発現が期待できる。以上の成果は、高いエネルギー変換効率を有する振動発電素子の実現に向けて新規に考案した強誘電体薄膜の材料設計の手法の有効性を示すものである。

The electric field of the strong induction medium is affected by the external field, and the movement of the wall is affected by the external field. In addition, the occurrence of high voltage electric field is reported due to the phase shift of tetrahedral crystals and the polarization of polar axes. This phenomenon has been studied in thin films. In this study, the non-lead ferroelectric BiFeO_3 has a large amount of self-polarization at 100 μC/cm_2. The thin films and the high voltage characteristics of BiFeO_3 have been improved. The guidelines for material design have been clarified. The results show that Pb (Zr,Ti)O_3 thin films have a maximum value of 21.9GPa, which is comparable to that of Pb(Zr,Ti)O_3 thin films. A new method to improve the deformation of the substrate and the effect of BiFeO_3 thin film was proposed. In addition<-3>, non-linear reverse voltage distortions of several tens of meters can be obtained in the electric field. It is necessary to pay attention to violations in the external field, and the same degree of distortion can be achieved. We are looking forward to the realization of non-linear huge positive voltage responses. The above results show the effectiveness of the material design method of ferroelectric thin films.