カテゴリー: 研究

On Oct. 22, 2024, receiving peer review recognition and appreciation from ACS publications.

The midterm presentation for the October admissions master’s student was successfully held on Friday, October 18th. 10月18日（金曜日）に10月入学の修士中間発表会は行われ、無事に終了しました。

PZT圧電セラミックスは、その優れた圧電特性から、胎児や心臓病の超音波検査、建築物の内部劣化診断、超音波洗浄、自動車のセンサー技術など、さまざまな分野で利用されている。さらに、MEMSデバイスや単原子レベルでの超精密位置操作を行う次世代技術にも応用されている。

しかし、1952年に初めて報告されて以来、MPB（モルフォトロピック相境界）近傍におけるPZTセラミックスの巨大な圧電応答の正確な起源は未だに解明されていなかった。我々は、SUS基板の熱膨張による圧縮応力とLaNiO₃の安定成長面（100）を活用し、正方晶の分極軸であるc軸方向に配向したMPB組成PZT薄膜の作製に成功した。このc軸配向膜では、ドメイン反転による外因的な圧電効果が存在しないため、結晶の本質的な圧電効果を解明できた。実験の結果、MPB組成のPZT単結晶の圧電定数d33は46.3 ± 4.4 pm/Vであることが判明し、第一原理計算によって予測された室温での圧電定数50～55 pm/Vという数値とも一致した。さらに本研究は、MPB近傍でのドメイン効果が巨大な圧電応答において中心的な役割を果たすことを示唆している。また、薄膜応用におけるドメイン効果の重要性が認識され、MEMSデバイスなどに用いられるPZT薄膜材料の設計に新たな指針が示された。

本研究は、1952年以来の謎であったPZTの巨大な圧電性の起源に対する答えを提示するものであり、圧電材料分野における画期的な成果である。この発見により、圧電材料の設計や新たな応用可能性が大きく広がることが期待される。今後は、この研究で得られた知見を基に、さらなる高性能圧電材料の開発が進むとともに、ドメイン効果を有効に発現できる材料設計によって、MEMSデバイスやセンサー技術など、次世代のエレクトロニクス分野における応用が一層加速すると期待されている。この発見は、強誘電材料の研究において新たなベンチマークを打ち立て、MEMSデバイスなどの分野で圧電薄膜の革新的な応用に繋がる研究への発展が期待されている。

この成果は、米国化学学会の専門誌「ACS Applied Electronic Materials」に受理され、8月28日にオンライン版で公開されている。

論文題目：「Intrinsic piezoelectricity of PZT」
著　　者：Desheng Fu, Seiji Sogen, Hisao Suzuki
掲 載 誌：ACS Applied Electronic Materials
DOI: https://doi.org/10.1021/acsaelm.4c00862

2024/2/20(火曜日、晴）、卒業論文発表会は無事に終わりました。優君、松川君、お疲れ様でした。ありがとう！

2月14日（水曜日、晴）、修士論文発表会は無事に終了しました。藤澤君、西本君、彦山君、お疲れ様でした。よく頑張りました。三年間ありがとう！これからのご活躍を期待しています。

The midterm presentation for the October admissions master’s student was successfully held on Tuesday, October 17th. 10月17日（火曜日）に10月入学の修士中間発表会は行われ、無事に終了しました。

2月17日（金曜日、晴）、卒業論文発表会は無事に終わりました。4年生も皆さん、お疲れ様でした。これからの活躍に期待しています。

2月14日、修論発表会は無事に終了しました。宗玄君、吉田君、お疲れ様でした。

On Feb. 3,  Paper “Fluorination-Induced Asymmetry in Vacancy-OrderedBrownmillerite: Route to Multiferroic Behavior” has been published online by Chemistry of Materials. URL:https://doi.org/10.1021/acs.chemmater.2c02776.

On Dec. 9th, four master-course students made poster presentation at CJFAM14 meeting that is held every year between Japan and China alternatingly for the dissuasions of the current research in the field of Ferroelectric materials and their applications.

復旦大学の張浩準教授らとの共同研究成果が”Photo-Induced Displacive Phase Transition in Two-dimensional MoTe2 from First-Principle Calculations“を題として著書「Phase Change Materials – Technology and Applications 」に掲載された。

Book chapter “Photo-induced displacive phase transition in two-dimensional MoTe2 from first-principle calculations” has been accepted for publication in the book entitled “Phase Change Materials – Technology and Applications”, ISBN 978-1-80356-474-6.

修士全員（宗玄君、吉田君、彦山君、藤澤君、西本君）が日本セラミックス協会第35回秋季シンポジウムにおいて研究発表を行いました。吉田君が奨励賞を受賞しました。おめでとう！皆さん、よく頑張りました！ありがとう！

2月16日（水曜日、晴）、卒業論文の発表は無事に終了しました。素晴らしかったです。

Congratulation! Martinus kun has successfully finished his master thesis presentation on August 11,2021.

圧電体は、胎児・心臓病等のエコ検査、建物等の内部劣化の調査、超音波洗浄、漁群探知、原子位置の操作できる超精密位置制御、カメラ―の手振れ補正などに広く利用されている。圧電体に電圧を印加すると、結晶変形が生じる。例えば、時計・共振器などに利用されている水晶のX軸に1Vを印加すると、一番小さいLiイオン半径（59pm)より一桁以上小さい変形（2.4pm）が発生する。圧電材料の電場による変形を解明することは、材料特性の解明・材料開発のみならず、圧電素子の応用においても極めて重要である。これまで圧電体の変位が一般的に高価なレーザー干渉計などで評価される。それらの方法はpmオーダーの変位を測定できる一方、ミクロオーダーまでの広範囲な変位を測定するには難しい。今回、我々は安価な空気容量変位センサーでレーザー干渉計の分解能を凌駕する分解能をもち、かつ、pmオーダーからμmオーダーまで広い範囲の変位とその温度変化を容易に測定できるシステムの開発に成功した。研究成果は高く評価され、研究に示されている測定方法も圧電定数の測定基準（査読のコメント：“This method can potentially be a measuring standard for the piezoelectric constant via converse piezoelectric effect”）として期待されている。本研究成果は、米国物理学協会AIPのJ. Appl. Phys.129号に4月14日付でオンライ掲載された。（ Desheng Fu and Eiki Kakihara,“A capacitive displacement system for studying the piezoelectric strain and its temperature variation”, J. Appl. Phys. 129,144101(2021). ）

今日（04-14-2021）、論文”A capacitive displacement system for studying the piezoelectric strain and its temperature variation,” がオンライ掲載されました。オンライから15日間にDOIのサイトから無料downloadできます。まだ、採択された原稿はこちらからdownloadできます。aRxivからもできます。

“A capacitive displacement system for studying the piezoelectric strain and its temperature variation“がJ. Appl. Phys.に4月1日付けで掲載決定されました。

“The Critical Role of Stereochemically Active Lone Pair in Introducing High Temperature Ferroelectricity” ( Rafikul Ali Saha, Anita Halder, Desheng Fu, Mitsuru Itoh, Tanusri Saha-Dasgupta, and Sugata Ray) has been published online by Inorganic Chemistry.

2月１7日に2020年度卒業論文発表会は無事に終了しました。お疲れ様でした。

2月１6日に2020年度修士論文発表会は無事に終了しました。お疲れ様でした。

論文“Dynamic dielectric electronic states of BaTiO₃ under AC electric fields via time-resolved X-ray absorption spectroscopy”が正式に出版されました。論文はGolden Open Aceessであるため、誰もが論文のPDFファイルを自由にダウンロードできます。

柿原君（修士2年）が領域10の厳しい審査を受けて日本物理学会学生優秀発表賞を受賞しました。賞状が11月30日に届きました。領域10では三回以上発表がないと、賞への申請資格がないという厳しい規則があります。修士の間に、物理学会に3回以上に参加・登壇することは極めて大変です。そのため、これまで受賞者の多くは博士課程の学生です。修士課程の学生の受賞者が極めて少ないです。柿原君は本当によく頑張りました。価値の高い受賞です。おめでとう！（2020年秋季大会日本物理学会学生優秀発表賞リスト

“Sub-picosecond photo-induced displacive phase transition in two-dimensional MoTe2” published  by npj 2D Materials and Applications. is spotlighted by Nanowerk.

新型コロナウィルスの影響で、2020年物理学会秋季大会はZoomでの開催となります。柿原君はSn置換したBaTiO₃セラミックスの圧電特性の温度依存性について発表を行いました。多くの関心を受けました。

二次元MoTe2における2H半導体相から1T’金属相への相転移が光で励起されたキャリヤのみで誘起できる理論予測がnpj 2D Materials and Applicationsにハイライトされた。

復旦大学張浩準教授らとの共同研究で、二次元材料MoTe2における光誘起相転移機構を提案しました。今回の研究成果は、2D材料MoTe2における光照射による半導体2H相から金属1T’相への相転移機構を明らかにすると同時に、超高速光誘起相転移材料開発の新たな方向性を示します。本研究成果は、ネイチャー系オープンアクセス雑誌npj 2D Materials and Applications (IF=9.324)に掲載されています。

The 11th China and Japan Symposium on Ferroelectric Materials and Their Applications (CJFMA11) was held on Sept. 22~25, 2019 in Nanjing, China. More than 235 works were presented in this successful meeting.  Our work ” On the size effects in BaTiO₃ ceramics” was presented as an invited talk. Most of the participants from China-side are youth students or researchers, giving a strong impression of rapid growth of this field in China. Nanjing(Nanking) is a very beautiful city that is situated in the Yangtze River Delta region, and has a prominent place in Chinese history and culture. It has served as the capital of the Six Chinese old Dynasties from the AD 229. The feeling of Walking in the street of Nanjing is very nice because Chinese parasol trees（ 梧桐，アオギリ）and green are seen everywhere.

M１の柿原君は9月１１日に岐阜大学で開催された物理学会秋季大会で新規鉛フリー圧電セラミックスにおける巨大な圧電効果に関する研究成果を報告しました。大きな反響を呼びました。素晴らしい発表でした。

AgNbO₃の第一原理計算の結果は Elsevierに出版されたNanoscale Ferroelectric-Multiferroic Materials for Energy Harvesting Applications本の第８章に掲載された。

EMRS-2018秋季大会に行っていきました。大会は9月１７〜２０日期間にワルシャワ工科大学で開催されました。会議は壮大で、１８セッションにも分けられました。誘電体のセッションに参加しました。発表内容は非常に濃かったです。朝晩を利用し、キュリー夫人の博物館、ショッパンの心臓が埋蔵された十字架教会、ショッパンの博物館にも見学に行きました。非常にいい旅でした。

BaTiO₃は，積層コンデンサなどに広く利用されているまたとでも有名な物質です。BaTiO₃を利用する上で摂氏マイナス５℃だった構造相転移がデバイスの温度安定に大きな障害となます．我々はBaをCaに入れ換えることで量子相転移を発見しました。量子相転移が現れる臨界組成 x=0.233の結晶において，誘電率の他に，弾性，電気機械結合常数，圧電定数等の物理量が水の沸点から-273°C付近までの広範な温度範囲には殆ど変化しないことを判明しました．これによって，誘電・圧電素子応用で極めて重要な温度特性の抜本的改善への可能性を示しました.

新聞記事：１、２

Pb(Mg1/3Nb2/3)(PMN) リラクサーは広範な温度領域にわたる巨大な誘電応答を示す。その起源は数十年の間に謎のままです。我々は東工大、大阪府立大との共同研究でその謎を解けました。電気分極の測定より、巨大な誘電応答が分極ドメインの応答に由来することを判明しました．また、電子顕微鏡の観察より、ナノサイズドメインPNRの温度変化を明らかにした上にPNRは互いにマイクロメートルオーダーの範囲で相互作用し，全体としてより大きなドメイン構造を形成することも判明した．巨大誘電応答起源の解明とドメイン構造の多重スケール不均一性の発見は巨大電気・磁気物性に新たな材料設計の指針を与える。

論文”Polarization fluctuations in the perovskite-structured ferroelectric ”は Phys. Rev. Bにオンラインで掲載されています。本論文は、第一原理分子動力学シミュレーションによりの分極機構を明らかにしました。本研究成果はJFCCの主席研究員森分博紀博士（兼任NIMS)らとの共同研究成果です。

2018/05/27~06/01の間に五つの国際会議（2018 ISAF-FMA-AMF-AMEC-PFM (IFAPP) Joint Conference）が広島市国際会議場で共催されました。この大きな国際会議にM1の大石君と飯田君が研究発表に行きました。二人とも２度目の国際会議を体験しました。５月２８日のポスター発表で多くの質問を受けて非常に良い研究交流となりました。

符研究室は機能性酸化物の開発を行っています。酸化物は超電導性、強磁性、強誘電性、焦電性、圧電性、電気光学特性、イオン伝導性、触媒等多くの機能を示しています。我々は独自の観点から、材料設計方針・新材料・新機能等の探索を行っています。また、エレクトロニクス分野への応用研究も精力的に展開しています。基礎研究と応用研究を通して、社会に還元します。我々は常に世界最高レベルの研究成果を追及します。