【研究領域課題番号】18H01858 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

テラヘルツ波 / 強誘電体 / 磁性体 / フェムト秒レーザー / イメージング / テラヘルツ電磁波 / 有機強誘電体 / 光誘起相転移 / ドメイン

【研究成果の概要】

本研究では、強誘電体（強磁性体）にフェムト秒レーザーを照射したときに放射されるテラヘルツ波を利用し、光誘起分極（磁化）ダイナミクスや分極ベクトルを抽出する新手法を開発した。具体的には、光誘起中性イオン性転移（光誘起相転移）に由来する高効率テラヘルツ波放射、光誘起絶縁体金属転移に由来する分子振動に由来する狭帯域テラヘルツ波放射、有機強誘電体薄膜デバイスにおける3次元分極ベクトルの新規検出に成功した。

【研究の社会的意義】

本研究で開発したテラヘルツ波放射を利用した分極ベクトル検出手法は、強誘電体デバイスの非破壊・非接触評価法の一つとして、将来利用されることが期待できる。また、強誘電体だけでなく、強磁性体など、他の物質にも適用可能な汎用的手法として活用できる側面を有している。さらに、本研究では光誘起相転移を用いた新しい原理によるテラヘルツ波放射現象を発見した。この原理を用いることにより、今後、テラヘルツ放射素子の高強度化ならびに汎用化が期待できる。

【研究種目】基盤研究(B)

【研究期間】2018-04-01 - 2021-03-31

【配分額】17,810千円 (直接経費: 13,700千円、間接経費: 4,110千円)

【研究分野】構造・機能材料

【研究領域課題番号】26220907 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

形状可変材料 / 相変態 / 第一原理計算 / 界面制御 / 医療・エネルギー材料 / 多機能材料 / 形状記憶合金 / 磁性形状記憶合金 / 強誘電体 / ドメインホモ界面 / 機械学習 / 微小材料試験 / 構造・機能材料 / ドメイン / ホモ界面 / マイクロ試験 / 長寿命化 / 機械的性質 / 高機能化 / 圧電材料 / ドメイン構造 / 相安定性 / 圧電体

【研究成果の概要】

医療やエネルギーに用いられる形状記憶合金や圧電材料などの形状可変材料は、形状と、力や磁場などの外場と、発生力などの材料の機能が相互に可逆的に関係する。形状変化の根源はドメインホモ界面の移動によるドメイン変換と相変態である。本材料の高機能化のために、ドメイン界面がスムーズに移動できるドメインホモ界面の構造とダイナミクスを明らかにし、また、高機能化のため、界面構造の制御と第一原理計算による格子軟化の制御により、移動中の摩擦を低減できる指導原理を打ち立て、実際に高・多機能の新形状可変材料を創成した。

【研究の社会的意義】

従来深く考えられていなかったホモドメイン界面構造を掘り下げ、幾何学的にまた実験的に明らかにした。特に、相安定性と結晶格子の軟化現象を結びつけ、予測した界面のねじれが実在することやその生成過程を明らかにした。本研究により、疲労変化の極めて少ない形状記憶合金、巨大な変形を示すチタン合金や磁場駆動複合材料、より高速応答の可能な強誘電体など、今後の医療・エネルギー分野で大きな工業発展が期待できる新材料を開発できた。

【研究種目】基盤研究(S)

【研究期間】2014-05-30 - 2019-03-31

【配分額】182,000千円 (直接経費: 140,000千円、間接経費: 42,000千円)

【研究分野】無機材料・物性

【研究領域課題番号】25889025 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

相転移 / 強誘電体 / 圧電体 / ドメイン / コンビナトリアル / 薄膜

【研究成果の概要】

相境界付近におけるドメイン等の挙動を詳細に調査することによって、巨大圧電性発現機構を理解できると考え、本研究では強誘電体-強誘電体相境界付近のドメイン構造を詳しく調査した。通常の強誘電体-強誘電体相境界と比較した結果、反強誘電体を用いた方がより大きな圧電性を示すが、そのドメインを動かすドライビングフォースはより大きなものが必要であることが分かった。

【研究種目】研究活動スタート支援

【研究期間】2013-08-30 - 2015-03-31

【配分額】2,730千円 (直接経費: 2,100千円、間接経費: 630千円)

【研究分野】物性Ⅰ

【研究領域課題番号】23540379 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

強誘電体 / マルチフェロ物質 / 強弾性体 / SHG顕微鏡 / 薄膜 / 希土類フェライト / 錫ペロブスカイト酸化物 / チタン酸カルシウム / ドメイン / ドメイン境界 / 国際情報交流、フランス / 国際情報交流、イギリス / 国際情報交流、アメリカ

【研究成果の概要】

本研究のもとで次の３つの主要な成果をあげる事ができた。（１）PLD法でイッテルビウムフェライトのエピタキシャル薄膜を作成し、それがマルチフェロイック特性を示す事を初めて明らかにした。この結果はJ.Phys.Soc.Jpn.誌に掲載された(2012)。（２）PLD法で２価の錫を含むペロブスカイト酸化物を作成することに成功し、その強誘電特性をSHG顕微鏡、誘電率測定、TEM，ピエゾ走査顕微鏡で明らかにした。（３）非極性であるチタン酸カルシウムの強弾性ツイン境界が極性を示す事をSHG顕微鏡による３次元非破壊観察により初めて明らかにした。この結果はPhy.Rev.B誌に掲載された(2014)。

【研究種目】基盤研究(C)

【研究期間】2011 - 2013

【配分額】5,200千円 (直接経費: 4,000千円、間接経費: 1,200千円)

【研究分野】電子デバイス・電子機器

【研究領域課題番号】15206036 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

走査型非線形誘電率顕微鏡 / 強誘電体 / ドメイン / 走査プローブ顕微鏡 / 強誘電体記録 / 超高密度記録 / 強誘電体記

【研究成果の概要】

次世代超高密度強誘電体記録に関する学理を明らかにするための研究を行い以下のような成果を得た.
1.強誘電体単結晶媒体の大面積化を行った.具体的には新開発のドライエッチング法を使用し回転記録機用媒体として十分な大きさの14mm□で厚さの平均値48.5nmで標準偏差3.1nmの極めて均一な記録媒体の開発に成功した.
2.記録密度を向上される研究を行った.具体的にはドメイン反転時のバックスイッチング現象を微弱なオフセット電圧印加で安定化させる方法を考案し,半値全幅で5.1nmの単一ドメインドットの形成に成功した.更に10.1Tbit/inch^2の面記録密度を達成した.また実記録に置いても1Tbit/inch^2の記録密度で1.8%の記録誤りを達成した.また記録密度は低いものの258Mbit/inch^2の記録密度で10^<-5>台の磁気記録並の誤り率を達成した.
3.大容量記録技術においては,記録再生速度も記録密度とともに非常に重要である.そこで,どこまで短いパルスに追随してドメインスイッチングが可能かを明らかにする実験を行い500psecの超高速のパルスに対してもドメイン反転が可能であることを実証した.
4.ナノドメインドットの長期安定性(年単位での)を調べた.具体的には高温度下で加速試験を行い,その結果よりアレニウス式のパラメータを決定し長期安定性の予測を行った.現状では80nmの厚さの媒体に形成した半径50nmのドットについてのみの結論であるが80℃で10年以上の寿命があることが分かった.
5.書き込み速度の高速性を更に高めるため高速回転方式の記録再生装置を開発した.
6.高次非線形誘電率顕微鏡法を応用した非接触型のSNDM方式を新たに開発した.基礎段階ではあるが約0.1Åの精度で高さ制御が可能であることが分かった.

【研究種目】基盤研究(A)

【研究期間】2003 - 2005

【配分額】49,660千円 (直接経費: 38,200千円、間接経費: 11,460千円)