新奇な元素選択による非鉛系強誘電・圧電材料の探索

通过新元素选择寻找无铅铁电和压电材料

基本信息

批准号：
09J03000
负责人：
岡研吾
金额：
$ 0.9万
依托单位：
The University of Tokyo (2010)Kyoto University (2009)
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2009
资助国家：
日本
起止时间：
2009 至 2010
项目状态：
已结题

项目摘要

新奇な元素選択による非鉛系強誘電・圧電材料の探索を目的として研究を行った。6s^2孤立電子対を持つPb^<2+>及びBi^<3+>のイオンを持つペロブスカイトでは、その立体障害により強誘電歪みを持つ結晶構造が安定化される。こうしたペロブスカイト型酸化物の結晶学的特徴とその歪んだ構造に起因する物性を明らかにすることは、新規非鉛強誘電・圧電材料の物質探索における指針を見いだす上で非常に意義深い。本年度の研究では高圧合成法で合成されるBiCoO_3-BiFeO_3固溶系が、実用材料である鉛系圧電体Pb(Zr,Ti)O_3(PZT)と共通の構造的特徴を持つことに着目し研究を行った。PZTの高い圧電性能はモルフォトロピック相境界(MPB)と呼ばれる、相図中でZrリッチの菱面対称相とTiリッチの正方晶相が接する領域で発現する。BiCoO_3-BiFeO_3固溶系においても、PZT同様にMPBが存在することが知られている。本年度の研究では、BiCoO_3-BiFeO_3固溶系のMPB近傍における結晶構造の詳細な組成依存性を調べ、MPBとなる組成を決定した。また、MPBでの結晶構造解析を行い、MPBにおいて単斜晶相が存在することを証明、結晶構造を決定した。また、昨年度のBiCoO_3の研究でCo^<3+>のスピン状態が結晶構造および物性に深く関係することを発見したことを元に、Co^<3+>のスピン状態を制御することによる物性変化を調べた。そこで強磁場中でLaCoO_3がスピン状態転移を示すことに着目し、LaをBiで置換した試料の強磁場中での磁化測定を行った。結果、10%のBi置換でスピン状態転移の振る舞いおよび磁性が変化することを確認した。

该研究的目的是通过新的元素选择来搜索无铅铁电和压电材料。在具有Pb^<2+>和Bi^<3+>离子6s^2孤对的perovskites中，空间障碍稳定了铁电菌株晶体结构。为了澄清这些钙钛矿型氧化物的晶体学特征及其由于其扭曲的结构而引起的物理特性对于寻找用于寻找新型无铅铁电和压电材料的材料的指南非常有意义。在今年的研究中，我们关注的事实是，通过高压合成方法合成的BICOO_3-BIFEO_3固体溶液系统具有常见的结构特征，具有实用材料，基于铅的压电PB（ZR，TI）O_3（PZT）。 PZTS的高压电性能在富含ZR的菱形对称相和富含Ti的四方相的区域中表达，在该相位图中，称为形态学相（MPB）。众所周知，MPB存在于Bicoo_3-BifeO_3实心解决方案系统中，类似于PZT。在今年的研究中，我们研究了MPB附近bicoo_3-BifeO_3固定溶液系统中晶体结构的详细组成依赖性，并确定了成为MPB的组成。另外，使用MPB进行晶体结构分析，并确定晶体结构，证明MPB中存在单斜相。此外，基于发现Co^<3+>的自旋状态与去年Bicoo_3研究中的晶体结构和物理特性密切相关，我们研究了通过控制CO^<3+>的旋转状态引起的物理性质变化。因此，专注于在强磁场中表现出自旋状态过渡的LACOO_3时，在样品的强磁场中进行了磁化测量，其中LA被BI代替。结果，已经证实，自旋状态过渡的行为和磁性以10％的bi替代而变化。