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.

利用第一年和第二年建立的方法，研究人员研究了Pb(Mg_<1/3>Nb_<2/3>)O_3-PbTiO_3(PMN-PT)晶体中铁电畴结构的电势。对该PMN-P进行原位TEM观察。众所周知，T 晶体表现出非常高的压电特性，其域结构由纳米级和微米级的两级结构组成。这项研究的结果是，我们发现施加高于特定阈值的电场如果域结构表现出可逆响应。研究发现，当施加电场时，纳米级畴界面的取向发生变化，从而导致微米级畴结构消失。这种变化对于电场的施加和释放也是可逆的；释放原有域名纳米级域的界面倾向于垂直于电场，这种纳米级域结构对电场的响应从未被观察到，并且PMN-PT关于所表现出的高压电特性的表达。另一方面，主要研究人员关注八面沸石（FAU）这种广泛应用于分离膜和催化剂的沸石材料，对膜中经常形成的孪晶界面进行了理论计算。使用经验原子间势的晶格静力学方法进行。为了在界面计算建模中覆盖界面处的大量自由度，一个晶体可能相对于另一个晶体逐渐平移，并且不同的端部我们还考虑了平面的组合。计算得出了几种稳定的原子排列，其中一种与实验观察到的非常吻合。在这种原子排列中，局部结构与其他类型沸石的结构非常相似。（EMT）及其这被认为是这种排列稳定的原因之一。此外，在一些其他排列中，由氧原子组成的环结构比通常更大或更小，并且这样的分离特性可以想象会在界面处改变。