格子欠陥の導入による強誘電ドメインの挙動制御

通过引入晶格缺陷控制铁电域的行为

基本信息

批准号：
08J09794
负责人：
北中佑樹
金额：
$ 1.15万
依托单位：
The University of Tokyo
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2008
资助国家：
日本
起止时间：
2008 至 2010
项目状态：
已结题

项目摘要

昨年度までに得られた知見をもとに、酸素空孔を極限まで減らすことによるBi系強誘電体結晶の高機能化を試みた。0.9MPaの高圧酸素下で溶液引き上げ(TSSG)法を用いて、Bi4Ti3O12単結晶を育成することに成功した。フラックス法(大気中、1075℃)により得た結晶の残留分極(Pr)と抗電界(Ec)は、それぞれ38μC/cm2および38kV/cmであったのに対し、TSSG法(高圧酸素下、960℃)で得られた結晶は、極めて矩形性の良いヒステリシス曲線を示し、大きなPr(48μC/cm2)と低いEc(29kV/cm)を示した。リーク電流密度(J)が約2桁減少し、60kV/cmの電界下において10^(-8)A/cm2程度の非常に小さいJが達成された。圧電応答顕微鏡によるドメイン構造観察の結果、得られた結晶ではほぼ完全な分極反転が達成されることが示された。また、高圧酸素下TSSG法によって、高品質な(Bi0.5Na0.5)TiO3単結晶の育成にも成功した。本研究で確立した単結晶育成手法によって、低電界かつ低エネルギー損失で分極反転が可能な高品質Bi系強誘電体結晶の育成を達成した。強誘電体の応用において大きな課題であった特性劣化のメカニズムを明らかにし、格子欠陥制御によるドメインクランピングの解消と分極機能の向上を達成した本研究成果は、ビスマスを始めとする、揮発性元素を含む材料の応用と高機能化に大きく寄与する成果であると思われる。今後は、格子欠陥と強誘電ドメインの相互作用について得た数多くの知見をもとに、より積極的なドメイン構造制御による特性向上へ発展させ、さらなる高機能や新規機能につなげていきたい。

基于去年获得的知识，我们试图通过最大限度地减少氧空位的数量来提高Bi基铁电晶体的功能性。我们在0.9 MPa的高压氧气下采用溶液拉制（TSSG）方法成功生长了Bi4Ti3O12单晶。通量法（大气中，1075℃）获得的晶体的剩磁（Pr）和矫顽电场（Ec）分别为38 μC/cm2和38 kV/cm，而TSS通过G法（高压氧、960℃）获得的晶体表现出极其矩形的磁滞曲线、大的Pr（48μC/cm2）和低的Ec（29kV/cm）。漏电流密度（J）降低了约两个数量级，在60kV/cm电场下实现了约10^(-8)A/cm2的非常小的J。使用压电响应显微镜观察域结构表明，所获得的晶体几乎实现了完全的极化反转。我们还利用 TSSG 方法在高压氧气下成功生长了高质量的 (Bi0.5Na0.5)TiO3 单晶。利用本研究建立的单晶生长方法，我们成功地生长了高质量的铋基铁电晶体，该晶体能够在低电场和低能量损失的情况下极化反转。该研究结果阐明了铁电体应用中的一个重大问题——性能劣化的机理，并通过控制晶格缺陷实现了磁畴钳位的消除和极化功能的改善，相信这一结果将极大地有助于铁电体的应用。含有的材料的应用和功能化。未来，我们希望利用我们获得的关于晶格缺陷和铁电域之间相互作用的广泛知识，通过更活跃的域结构控制来改善性能，这将带来更高的功能和新功能。