Design of ferroelectric domain structure for independent control of piezoelectricity and electricity

压电电独立控制的铁电畴结构设计

• 批准号: 21H01616
• 负责人: 白石 貴久
• 金额: $ 11.15万
• 依托单位: Kumamoto University (2022-2023)Tokyo Institute of Technology (2021)
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
• 财政年份: 2021
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2021-04-01 至 2024-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-21H01616/
• 关键词: 圧電特性; 誘電特性; ドメイン構造; その場測定; (K,Na)NbO3基膜; 組成拡張; 圧電性; 誘電性; 低温成膜; マルチスケール解析

当該年度では、作製した(K,Na,Li)(Nb,Ta)O3膜に対して温度と電界を変化させた際の構造変化を調査することで、電気特性に対するドメインの寄与を調査した。電界を印加したＸ線その場観察を実施することで、3種類のドメインに起因した回折ピークが変化していることを観測した。特に、分極軸が電界印加方向に向いているドメインにおいて大きなピークシフトが観測された。しかし、鉛系圧電体膜で報告されている各ドメインの体積分率変化は明瞭に観測されなかった。熱処理により自己分極状態を解消すると、電界印加に対する回折ピーク位置や面積強度の変化も異なっており、既往研究で報告されている電界印加によるドメインスイッチングが観測された。これより、低温合成による自己分極状態が印加電界に対するドメインの動きに影響していると考えられる。さらに、ラマン分光による電界印加測定を試みたが、優位は変化を観測することはできなかった。自己分極した(K,Na)NbO3膜に対して温度を変えながら電気特性を測定した。その結果、レイリー則に従った変化をしており、分極状態によってその変化が異なることが分かった。以上の結果より、トレードオフの関係を脱するには、ドメイン構造の制御、特に分極状態を創り出すことが重要であると分かった。

在本财年，我们通过研究改变所制造的 (K,Na,Li)(Nb,Ta)O3 薄膜的温度和电场时的结构变化，研究了磁畴对电性能的贡献。通过在施加电场的同时进行原位X射线观察，我们观察到了由三种类型的畴引起的衍射峰的变化。特别是，在偏振轴沿电场施加方向取向的域中观察到大的峰值偏移。然而，在铅基压电薄膜中报道的每个域的体积分数的变化并没有被清楚地观察到。当通过热处理消除自极化状态时，响应于施加电场的衍射峰位置和面积强度的变化也不同，并且观察到先前研究中报道的由于施加电场而引起的畴切换。这表明低温合成引起的自极化状态影响了域响应于所施加的电场的运动。此外，我们尝试使用拉曼光谱测量施加的电场，但我们无法观察到任何变化。在改变温度的同时测量自极化 (K,Na)NbO3 薄膜的电性能。结果发现，该变化遵循瑞利定律，并且该变化根据偏振状态而不同。从以上结果发现，控制域结构，特别是创建极化态，对于克服权衡关系很重要。

项目成果

水熱法を用いてキュリー温度以下で(001), (110), および(111)SrTiO3 基板上合成し たエピタキシャル(Bi,K)TiO3 薄膜のドメイン構造

采用低于居里温度的水热法在 (001)、(110) 和 (111)SrTiO3 衬底上合成的外延 (Bi,K)TiO3 薄膜的域结构。

• 发表时间: 2021
• 作者: 窪田るりか;舘山明紀;伊東良晴;白石貴久;黒澤実;舟窪浩
• 通讯作者: 舟窪浩

Film thickness dependence of ferroelectric properties in polar-axis-oriented epitaxial tetragonal (Bi,K)TiO3 films prepared by hydrothermal method

• DOI: 10.1063/5.0084170
• 发表时间: 2022-03
• 期刊: AIP Advances
• 影响因子: 1.6
• 作者: Rurika Kubota;Akinori Tateyama;T. Shiraishi;Yoshiharu Ito;M. Kurosawa;H. Funakubo

Effect of film thickness on piezoelectric vibrator using hydrothermally synthesized epitaxial (K0.88Na0.12)NbO3 film

水热合成外延(K0.88Na0.12)NbO3薄膜的膜厚对压电振子的影响

• DOI: 10.35848/1347-4065/ac8046
• 发表时间: 2022
• 期刊: Japanese Journal of Applied Physics
• 影响因子: 1.5
• 作者: Tateyama Akinori;Ito Yoshiharu;Shiraishi Takahisa;Kurosawa Minoru;Ishikawa Mutsuo;Funakubo Hiroshi
• 通讯作者: Funakubo Hiroshi

水熱合成法で作製した(K,Na)NbO3膜 の 圧電特性における方位依存性

水热合成(K,Na)NbO3薄膜压电性能的取向依赖性

• 发表时间: 2021
• 作者: 舘山 明紀;伊東 良晴;白石 貴久;折野 裕一郎;黒澤 実;舟窪 浩
• 通讯作者: 舟窪 浩

水熱合成法で作製した(K,Na)NbO3厚膜の 振動 特性及び 発電 特性 の膜厚依存性

水热合成法制备(K,Na)NbO3厚膜的振动特性和发电特性的膜厚依赖性

• 发表时间: 2021
• 作者: 舘山 明紀;伊東 良晴;白石 貴久;折野 裕一郎;黒澤 実;舟窪 浩
• 通讯作者: 舟窪 浩