イオンブースト型有機強誘電体の創製

离子增强有机铁电材料的创建

• 批准号: 22K19004
• 负责人: 芥川 智行
• 金额: $ 4.16万
• 依托单位: Tohoku University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Challenging Research (Exploratory)
• 财政年份: 2022
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2022-06-30 至 2024-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-22K19004/
• 关键词: 強誘電体; ダイナミクス; イオン変位; イオン伝導; イオンチャネル; 柔粘性結晶; クラウンエーテル

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。

Electric field (E) - polarization (P) curve に ヒ ス テ リ シ ス を have す る strong electricity body は lure, not 発 メ モ リ や ス イ ッ チ ン グ element child に need not owe な material で あ る. Strong electricity body の lure performance は P - E ヒ ス テ リ シ ス curve に お け る residual points on a numerical (Pr) と electric resistance (Ec) に よ り decided さ れ, よ り big き な Pr と よ り small さ な Ec を holding つ materials が デ バ イ ス の stability and dynamic と 駆 province エ ネ ル ギ ー change に favorable で あ る. Organic strong inducers で and organic synthesis <s:1> techniques を using <s:1> る or で multiple な polarization antithesis 転メカニズムが designs may である. , this proposal で は "イ オ ン delivery + ア ル キ ル ア ミ ド lock" の molecular design に よ り イ オ ン 伝 conductivity と strong electrical の lure ハ イ ブ リ ッ ド を try み and external electric field に よ り が raised Pr picture さ れ る "イ オ ン ブ ー ス ト type の organic strong electricity body の created" lure に pick 戦 し た. The <s:1> <s:1> <s:1> transposition (transport)が may な チャネ チャネ construct を organic synthesis chemistry <s:1> techniques を ら design <s:1> た た. Strong こ れ を induced electrical の 発 が may now な ア ル キ ル ア ミ ド lock を import し た molecular system に coexistence さ せ た. The ロ polarization value of the <s:1> <s:1> <s:1> strong inducer of the <s:1> strong inducer of the <s:1> in the <s:1> チャネ チャネ チャネ of the <s:1> position change <e:1> in the <s:1> をブ ストすると ストすると ストすると is expected to be studied by <s:1> and put into practice by た. テ ト ラ ア ル キ ル ア ミ ド replacement ク ラ ウ ン エ ー テ ル inductor を research like と seaborne し, molecular center に あ る イ オ ン チ ャ ネ ル within に サ イ ズ の different な る ア ル カ リ metal イ オ ン (Li + + < < < K + Na + < Rb and Cs +) を import し た. The design of the degrees of freedom of motion of the チャネ における <s:1> <s:1> <s:1> <s:1> <s:1> を を を <s:1> <s:1> を を を を design of the degree of freedom of motion of the <s:1> <s:1> and the control of the による polar division of the <s:1> displacement を test みた. E <s:1> Inca によ によ そ そ <s:1> <s:1> <s:1> <s:1> た <s:1> た <s:1> <s:1> <s:1> が が が が が が が が が が が が が が が が が が が が が が が が が が た た, the stable position is に, the を gives rise to じ, and the new たな が が gives rise to た. Results, ア ル キ ル ア ミ ド lock に origin す る strong induced electric polarization に イ オ ン - a に よ り ブ ー ス ト さ れ た points very が イ オ ン の kinds に 応 じ て 観 measuring さ れ た. Small organic material の さ な numerical を Pr, a temporary に raised し picture, ス イ ッ チ ン グ features を upward さ せ る matter に success し た. On one side, the <s:1> <s:1> position change Pion を electric field を cutting る is で slowly 々に decaying <s:1>, and the original strong inducer composition に decaying する.

项目成果

Proton-transferred Salts between o-Phenylenediamine-fused Crown Ether and Aromatic Sulfonic Acid

邻苯二胺稠合冠醚与芳香族磺酸之间的质子转移盐

• 发表时间: 2022
• 作者: Yuta Shimizu;Takashi Takeda;Norihisa Hoshino;Tomoyuki Akutagawa
• 通讯作者: Tomoyuki Akutagawa

イミダゾールおよびトリアゾールとキラルなカンファースルフォン酸が形成する分子集合体の結晶構造と物性

咪唑、三唑和手性樟脑磺酸形成的分子组装体的晶体结构和物理性质

• 发表时间: 2022
• 作者: 佐藤 千慧;三部 宏平;武田 貴志;星野 哲久;芥川 智行
• 通讯作者: 芥川 智行

トリプチセントリカルボキサミド誘導体の分子集合体構造と強誘電性

三中心甲酰胺衍生物的分子组装结构和铁电性

• 发表时间: 2022
• 作者: 溝上 諒平;武田 貴志;嘉藤 幹也;庄子 良晃;福島 孝典;星野 哲久;芥川 智行
• 通讯作者: 芥川 智行

Chemical Design of Organic Ferroelectrics Using Dynamics of Alkylamide Chains

利用烷基酰胺链动力学进行有机铁电体的化学设计

• DOI: 10.1039/d2cc04120k
• 发表时间: 2022
• 期刊: Chem. Commun.
• 作者: Takashi Takeda;Tomoyuki Akutagawa
• 通讯作者: Tomoyuki Akutagawa