組成傾斜強誘電体単結晶の構造と誘電特性

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強誘電体はキュリー温度付近で誘電率の極大をもつことが知られており、その際に得られる大きな誘電率を利用してセラミックスコンデンサーが作製されている。ペロブスカイト型結晶構造を有する酸化物強誘電体のうち、連続固溶体を形成し組成により連続的にキュリー温度が変化する物質系であるタンタル酸カリウム-ニオブ酸カリウム系について、融液の非平衡冷却法により、均一材料では得難い広温度領域で高誘電率を示す結晶の合成を行った。この結晶では中心部がTa成分に富み、周辺部に向かうにつれて徐々にタンタルが減少しニオブが増加する組成傾斜を有するが、結晶内には融液組成により立方晶相-正方晶相または正方晶相-斜方晶相の2相もしくは、立方晶相-正方晶相-斜方晶相の3相の累帯構造が生じることが明らかになった。高温顕微鏡による組織観察を行ったところ、室温では結晶内部まで正方晶相に相転移していたが、366Kでは中心部に光学的に等方体でレーザー光が透過する立方晶相が見られた。正方晶相と立方晶相の相境界は、温度の増加とともに連続的に結晶内を外側に向かって移動した。x=0.4の融液から得られた結晶について室温における走査非線形誘電率顕微鏡による結晶内の誘電率評価を行ったところ、立方晶相と正方晶相の相境界付近の誘電率が変化することが示された。