フラストレーションによるリラクサー薄膜の巨大誘電特性

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本研究では、緩和型強誘電体PMN-PTがもつ特異な巨大強誘電特性の発現メカニズムを解明するために、薄膜試料に存在する残留応力に着目し、その相安定性及び電気特性に与える影響について解析する事を目的としている。本年度では、以下の項目について研究を行った。・PMN-PT薄膜中の残留応力が相安定性に及ぼす影響薄膜中の残留応力の影響を調査するために、組成変調させた超格子薄膜の堆積による格子ミスマッチの影響と、種々の基板上に堆積させた単層膜における熱膨張係数の影響を解析した。PMN-0.9PT(単層膜では正方相)層と異なる組成を持つ層を交互に積層させた超格子薄膜では、格子ミスマッチが充分小さい試料では、単層膜と同様の90°ナノドメイン構造を形成するのに対し、格子ミスマッチの増加に伴いドメイン構造の消失が確認され、PMN-0.9PT層のc/a比の減少が確認された。更に格子ミスマッチを増加させた試料では、各層の界面にミスフィット転位が導入され、歪み解放によりPMN-0.9PT層のc/a比が元の正方相に近い値まで復元される事が明らかとなった。基板種を変更させた試料では、熱膨張係数の増加と共に面外方向の格子面間隔が膨脹する事が明らかとなった。この格子面間隔の増加と、基板の格子定数の間には相関が確認されなかった。これらは、PMN-PT薄膜に印加される残留応力が基板との熱膨張係数差に依存しており、MPB組成のシフトに影響を及ぼすことを示唆する。・PMN-PT薄膜における構造変化が電気特性に及ぼす影響透過電子顕微鏡を用いた解析では、PMN-PT薄膜のMPB組成近傍に特異な2相共存組織を確認している。電気特性測定により、この特異な組織の出現に伴い残留分極が極大値を示す事が確認された。これより、緩和型強誘電体の薄膜試料では、基板との熱膨張係数差を用いた残留応力制御によって、強誘電特性の向上が期待される。