積層したペロブスカイト層の合成に成功し、新しい強誘電体を発見：研究開発の最前線

名古屋工業大学らは、強誘電体の多層ペロブスカイトの合成に成功した。積木細工のようにペロブスカイト層を1層ずつ積み重ねて、多層構造のDJ型層状ペロブスカイトを合成し、新しい強誘電体を発見した。

[MONOist]

　名古屋工業大学は2024年9月3日、強誘電体の多層ペロブスカイトの合成に成功したと発表した。名古屋大学、大阪公立大学との共同研究による成果だ。

　研究グループは、積木細工のようにペロブスカイト層を1層ずつ積み重ね、多層構造のDion−Jacobson（DJ）型層状ペロブスカイトを合成した。具体的には、ペロブスカイト層が3層の3層系強誘電体CsBi₂（Ti₂Nb）O₁₀を出発物質に、1層系の単純ペロブスカイトであるSrTiO₃を原子層制御法により積層し、4層系、5層系の層状ペロブスカイト（Cs（Bi₂Sr_n−3）（Ti_n−1Nb）O_3n＋1；n＝4，5）を合成した。

原子層制御法による多層ペロブスカイトCs（Bi2Srn−3）（Tin−1Nb）O3n＋1の合成 出所：名古屋工業大学

　高角散乱環状暗視野走査透過型顕微鏡（HAADF-STEM）で構造を解析したところ、いずれもDJ型層状ペロブスカイト特有の積層構造を持つことを確認。単位格子のサイズは、（Ti,Nb）O₆八面体1個分に当たる約0.4nmずつ増加していた。

　強誘電特性（分極−電界特性）はいずれの層系も強誘電体で、室温下での比誘電率は層数で特性を制御できることが分かった。層数の増加に伴い、強誘電−常誘電相転移温度（キュリー温度T_C）は低下する。また、層数が奇数の場合には従来型の変位型強誘電性（直接型強誘電性）に、偶数では新型の間接型強誘電性へと、発現機構が切り替わることも明らかとなった。

DJ型層状ペロブスカイトCs（Bi2Srn−3）（Tin−1Nb）O3n＋1の強誘電特性。（a）分極−電界特性と（b）比誘電率の温度依存性［クリックで拡大］ 出所：名古屋工業大学

DJ型層状ペロブスカイトCs（Bi2Srn−3）（Tin−1Nb）O3n＋1の強誘電特性と発現機構［クリックで拡大］ 出所：名古屋工業大学

　ペロブスカイト層を1層ずつ積み重ねる原子層制御法は、DJ型層状ペロブスカイトのみならず、他の層状ペロブスカイトなどにも適用可能だ。さまざまな元素の組み合わせにより、強誘電体の新材料開発、新機能探索への応用が期待される。

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