酸化物界面における静電ポテンシャルバリア崩壊メカニズムに関する研究

氧化物界面静电势垒塌陷机理研究

基本信息

批准号：
07J11873
负责人：
佐藤幸生
金额：
$ 2.18万
依托单位：
Japan Fine Ceramics Center
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2007
资助国家：
日本
起止时间：
2007 至 2009
项目状态：
已结题

项目摘要

研究代表者は初年度および第2年度に確立した手法を用いて,Pb(Mg_<1/3>Nb_<2/3>)O_3-PbTiO_3(PMN-PT)結晶中の強誘電ドメイン構造について電圧印可その場TEM観察を行った.このPMN-PT結晶は非常に高い圧電特性を示すことが知られ,そのドメイン構造はナノスケール+ミクロンスケールの2段階の構造で構成されている.当研究の結果,あるしきい値より高い電界を印可した場合,ドメイン構造が可逆的な応答を示すことが分かった.電界の印可によりナノスケールドメイン界面の方位が変化し,それに伴いミクロンスケールのドメイン構造は消失することが分かった.また,この変化は電界の印可,開放に関して可逆的であり,電界を開放すると元のドメイン構造に復元した.ナノスケールドメインの界面は電界に対して,垂直になる傾向があった.このようなナノスケールのドメイン構造の電界に対する応答はこれまでには見られておらず,PMN-PTが示す高い圧電特性の発現に関して,重要な知見を与えると考えられる.一方,研究代表者は分離膜や触媒等への応用が盛んなゼオライト材料の1つであるフォージャサイト(FAU)について,膜中にしばしば形成される双晶界面における安定な原子配列の理論計算を行った.計算は経験的な原子間ポテンシャルを用いた格子静力学法により行った.界面計算のモデリングでは界面における多数の自由度を網羅するため,片方の結晶を他方に対して少しずつ並進させたり異なる終端面の組み合わせを検討したりなどした.計算の結果,いくつかの安定な原子配列が得られ,そのうちの1つは実験的に見られるものと良く整合するものであった.この原子配列ではその局所的な構造が他のタイプのゼオライト(EMT)の結晶中の構造と非常に類似しており,そのことがこの配列が安定であることの1つの理由と考えられる.また,他の幾つかの配列では酸素原子で構成される環状構造が通常より大きいものや小さいものが見られており,そのような界面では分離特性などが変化することが考えられる.

使用在第一年和第二年建立的方法，研究人员对PB（MG_ <1/3> NB_ <2/2/3>）O_3-PBTIO_3（PMN-PT）的PB（MG_ <1/3> NB_ <2/2/3>）进行了对铁电域结构的原位观测。已知该PMN-PT晶体具有很高的压电性能，其结构域结构由纳米级 +微尺度的两个阶段组成。这项研究表明，当将电场应用高于一定阈值时，域结构显示可逆响应。发现由于电场的应用而导致纳米级域界面的方向发生变化，并且微米级结构域的结构消失了。此外，对于电场的应用和打开，这种变化是可逆的，当释放电场时，将其恢复为原始域结构。纳米级结构域的界面往往垂直于电场。此类纳米级结构对电场的响应以前从未见过，对于PMN-PT展示的高压电特性的表达很重要。另一方面，主要研究者对经常形成的Faujasites（FAU）中经常形成的双界面的原子布置进行了理论计算，该界面（FAU）是在分离膜和催化剂中流行的沸石材料之一。使用晶格静态方法使用经验性原子间电位进行计算。为了覆盖界面处的大量自由度，一种晶体逐渐向另一个晶体翻译成另一个晶体，并检查了不同端面的组合。计算产生了几种稳定的原子布置，其中一种与实验相匹配。在这种原子排列中，其局部结构与其他类型的沸石（EMT）的结构结构非常相似，这就是为什么这种排列稳定的原因之一。另外，在其他一些布置中，由氧原子组成的环结构比正常人大或小，并且在这种接口处可能会改变分离特性和其他特性。