イオンブースト型有機強誘電体の創製

電場 (E)－分極 (P)曲線にヒステリシスを有する強誘電体は、不揮発メモリやスイッチング素子に必要不可欠な材料である。強誘電体の性能はP－E ヒステリシス曲線における残留分極値 (Pr)と抗電場 (Ec)により決定され、より大きなPrとより小さなEcを持つ材料がデバイスの安定駆動と省エネルギー化に有利である。有機強誘電体では、有機合成の手法を用いる事で多様な分極反転メカニズムが設計可能である。本提案では、「イオン輸送＋アルキルアミド鎖」の分子設計によりイオン伝導性と強誘電性のハイブリッド化を試み、外部電場によりPrが増幅される「イオンブースト型の有機強誘電体の創製」に挑戦した。イオン変位 (輸送)が可能なイオンチャネル構造を有機合成化学の手法から設計した。これを強誘電性の発現が可能なアルキルアミド鎖を導入した分子系に共存させた。イオンチャネル内のイオン変位は強誘電体のマクロ分極値をブーストすると期待し研究を実施した。テトラアルキルアミド置換クラウンエーテル誘導体を研究対象とし、分子中心にあるイオンチャネル内にサイズの異なるアルカリ金属イオン (Li+ < Na+ < K+ < Rb+ < Cs+)を導入した。チャネル内におけるイオン運動自由度を設計し、イオン変位による分極制御を試みた。Eの印加によりそのイオンの安定位置に偏りを生じ、新たなイオン分極が発生した。結果、アルキルアミド鎖に由来する強誘電体分極にイオン変位によりブーストされた分極がイオンの種類に応じて観測された。有機材料の小さなPr値を、一時的に増幅し、スイッチング特性を向上させる事に成功した。一方、イオン変位Pionは電場を切る事で徐々に減衰し、本来の強誘電体成分に減衰する。

電場 (E)－分極 (P)曲線にヒステリシスを有する強誘電体は、不揮発メモリやスイッチング素子に必要不可欠な材料である。強誘電体の性能はP－E ヒステリシス曲線における残留分極値 (Pr)と抗電場 (Ec)により決定され、より大きなPrとより小さなEcを持つ材料がデバイスの安定駆動と省エネルギー化に有利である。有機強誘電体では、有機合成の手法を用いる事で多様な分極反転メカニズムが設計可能である。本提案では、「イオン輸送＋アルキルアミド鎖」の分子設計によりイオン伝導性と強誘電性のハイブリッド化を試み、外部電場によりPrが増幅される「イオンブースト型の有機強誘電体の創製」に挑戦した。イオン変位 (輸送)が可能なイオンチャネル構造を有機合成化学の手法から設計した。これを強誘電性の発現が可能なアルキルアミド鎖を導入した分子系に共存させた。イオンチャネル内のイオン変位は強誘電体のマクロ分極値をブーストすると期待し研究を実施した。テトラアルキルアミド置換クラウンエーテル誘導体を研究対象とし、分子中心にあるイオンチャネル内にサイズの異なるアルカリ金属イオン (Li+ < Na+ < K+ < Rb+ < Cs+)を導入した。チャネル内におけるイオン運動自由度を設計し、イオン変位による分極制御を試みた。Eの印加によりそのイオンの安定位置に偏りを生じ、新たなイオン分極が発生した。結果、アルキルアミド鎖に由来する強誘電体分極にイオン変位によりブーストされた分極がイオンの種類に応じて観測された。有機材料の小さなPr値を、一時的に増幅し、スイッチング特性を向上させる事に成功した。一方、イオン変位Pionは電場を切る事で徐々に減衰し、本来の強誘電体成分に減衰する。