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【研究成果】電場に追随した強誘電体の電子状態のリアルタイム観測に成功~鉛を使わない環境に優しい強誘電体材料開発に道筋~

本研究成果のポイント

  • 高速変動電場下で、誘電体の電子状態変化のリアルタイム観測に初めて成功
  • チタン酸バリウム中のバリウムイオンとチタンイオンの静電相互作用を発見
  • サブマイクロ秒の汎用的な時間分解 X線吸収分光法を開発

概要

広島大学大学院先進理工系科学研究科の加藤盛也大学院生(博士後期課程1年)、中島伸夫准教授らは、東京工業大学科学技術創成研究院の安井伸太郎助教、同大学物質理工学院の安原颯助教、静岡大学大学院総合科学技術研究科の符徳勝教授、高エネルギー加速器研究機構 物質構造科学研究所の足立純一研究機関講師、仁谷浩明助教、武市泰男助教、ラトビア大学のアンドリス・アンスポックス主任研究員らと共同で、チタン酸バリウム薄膜に交流電場をかけた際に引き起こされる電子状態変化のリアルタイム観測に初めて成功しました。

物質に電場をかけた際に、物質を構成する原子間の結合がどのように変化するのか、その場観察することは困難でした。放射光X線を用いた元素選択的な測定と、高速信号処理が可能な半導体X線検出器を組み合わせることにより、この困難を克服し、バリウムイオンとチタンイオンの静電相互作用を実験により初めて明らかにしました。古くから知られているチタン酸バリウムは、人体に有害な鉛を使わない強誘電体として再注目されており、本研究により、この物質を使った材料開発に新たな道筋を見出しました。

本研究の成果は、材料学で権威のある雑誌 Acta Materialia にオンライン掲載されました。

図 チタン酸バリウム薄膜に交流電場をかけながら、同時にX線を照射して、リアルタイムに電子状態
    (原子同士の結合の様子)を観察する実験の模式図

論文情報

  • 掲載誌: Acta Materialia 207, 116681 (2021).
  • 論文タイトル: Dielectric response of BaTiO3 electronic states under AC fields via microsecond
            time-resolved X-ray absorption spectroscopy
  • 著者名: Seiya Kato, Nobuo Nakajima, Shintaro Yasui, Sou Yasuhara, Desheng Fu, Jun-ichi Adachi,
         Hiroaki Nitani, Yasuo Takeichi, and Andris Anspoks
  • DOI: doi.org/10.1016/j.actamat.2021.116681
【お問い合わせ先】

<研究に関すること>
広島大学 大学院 先進理工系科学研究科
准教授 中島伸夫
TEL: 082-424-7361
E-mail: nobuo*hiroshima-u.ac.jp (注: *は半角@に置き換えてください)

東京工業大学 科学技術創成研究院
助教 安井伸太郎
E-mail: yasui.s.aa*m.titech.ac.jp (注: *は半角@に置き換えてください)

東京工業大学 物質理工学院
助教 安原颯
E-mail: yasuhara.s.aa*m.titech.ac.jp (注: *は半角@に置き換えてください)

静岡大学 大学院総合科学技術研究科
教授 符徳勝
TEL: 053-478-1374
E-mail: fu.tokusho*shizuoka.ac.jp (注: *は半角@に置き換えてください)

高エネルギー加速器研究機構 物質構造科学研究所
研究機関講師 足立純一
E-mail: adachij*post.kek.jp (注: *は半角@に置き換えてください)
助教 仁谷浩明
E-mail: hiroaki.nitani*kek.jp (注: *は半角@に置き換えてください)
助教 武市泰男
E-mail: yasuo.takeichi*kek.jp (注: *は半角@に置き換えてください)

<報道に関すること>
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TEL: 082-424-3749
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東京工業大学 総務部 広報課
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静岡大学 広報室
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高エネルギー加速器研究機構 広報室
TEL: 029-879-6047
E-mail: press*kek.jp (注:*は半角@に置き換えてください)


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