酸素八面体回転の普遍性を生かした強誘電体合成と機能・物性開拓

本研究課題で前年度までに新たに見出した、欠陥型の強誘電性(もしくは極性)ペロブスカイト酸化物に焦点を当て、その相転移や磁気・不整合構造を調査した。室温以上の高温でカチオン欠陥型強誘電体の放射光XRD測定を行ったところ、750 K付近で一次相転移を起こすことが分かった。温度可変の光第二高調波発生およびDSC測定から、この一次相転移は強誘電-常誘電転移に相当することが明らかになった。得られた放射光XRDパターンおよび中性子回折パターンを用いて、常誘電相の結晶構造を調査したところ、この構造は(3 + 2)次元のincommensurate構造を取ることが分かった。推定された超空間群に基づくRietveld解析でも、実測パターンを良く再現できた。得られた常誘電相の酸素配位八面体に注目すると、全ての領域で強誘電相と同じタイプの八面体回転が生じていることが分かった。しかし、その振幅(大きさ)が場所ごとに異なっており、空間平均を取るとゼロとなるような構造であった。酸素欠陥型の極性酸化物については、中性子回折パターンに基づいて磁気構造解析を行った。DM相互作用によって磁気モーメントが傾いて配列しているが、全体としては打ち消し合い、自発磁化が出ないスピン配列であることが明らかになった。従って、分極の反転による磁化の反転などは期待できないと考えられる。また、既知の圧電体であるNaRTiO4系に対してイオン交換反応を行い、種々の化合物を合成した。一部の物質においては、酸素八面体の回転と変形が競合することで、負の熱膨張が発現することを見出した。磁性など、イオンの種類から生じる物性以外にも、酸素配位八面体ネットワークが持つ他の自由度を組み合わせることでも、新規な物性が付与できる可能性を示す結果である。

本研究課題で前年度までに新たに見出した、欠陥型の強誘電性(もしくは極性)ペロブスカイト酸化物に焦点を当て、その相転移や磁気・不整合構造を調査した。室温以上の高温でカチオン欠陥型強誘電体の放射光XRD測定を行ったところ、750 K付近で一次相転移を起こすことが分かった。温度可変の光第二高調波発生およびDSC測定から、この一次相転移は強誘電-常誘電転移に相当することが明らかになった。得られた放射光XRDパターンおよび中性子回折パターンを用いて、常誘電相の結晶構造を調査したところ、この構造は(3 + 2)次元のincommensurate構造を取ることが分かった。推定された超空間群に基づくRietveld解析でも、実測パターンを良く再現できた。得られた常誘電相の酸素配位八面体に注目すると、全ての領域で強誘電相と同じタイプの八面体回転が生じていることが分かった。しかし、その振幅(大きさ)が場所ごとに異なっており、空間平均を取るとゼロとなるような構造であった。酸素欠陥型の極性酸化物については、中性子回折パターンに基づいて磁気構造解析を行った。DM相互作用によって磁気モーメントが傾いて配列しているが、全体としては打ち消し合い、自発磁化が出ないスピン配列であることが明らかになった。従って、分極の反転による磁化の反転などは期待できないと考えられる。また、既知の圧電体であるNaRTiO4系に対してイオン交換反応を行い、種々の化合物を合成した。一部の物質においては、酸素八面体の回転と変形が競合することで、負の熱膨張が発現することを見出した。磁性など、イオンの種類から生じる物性以外にも、酸素配位八面体ネットワークが持つ他の自由度を組み合わせることでも、新規な物性が付与できる可能性を示す結果である。