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2014-6

第一原理計算によるウルツァイト型結晶構造の強誘電性解析


技術のポイント

原子レベルでの理論計算により、ウルツァイト型結晶構造の強誘電性の可能性について検討する

基礎研究


背景
ウルツァイト型結晶構造は強い共有結合による四面体配位の為、強誘電体ではないと考えられていた。しかしながら強誘電的なふるまいが観測されたという実験報告がある[1]

目的
ウルツァイト構造単純カルコゲナイドの第一原理計算を行い、それらが分極反転可能な物質群であるかどうかを検討する。

成果
(1) ウルツァイト構造は非分極(P63/mmc)を中心として二つの分極構造(P63mc)を安定構造としたダブルミニマムポテンシャルを有している
(2) ZnOではポテンシャル障壁がPbTiO3に匹敵するほど低く[2]、分極 反転が起きやすいことが示唆された
ウルツァイト型結晶における強誘電性の可能性を示唆


・手法:密度汎関数理論に基づく擬ポテンシャル法(VASPコード、PAW法)
・評価: ΔE=(カチオンの変位位置における形成エネルギー)−(安定構造での形成エネルギー)
ΔEMAXは分極反転の起こりやすさ(ポテンシャル障壁)

図1. ウルツァイト型結晶の結晶構造(P63mc)と
   中心対称性構造(P63/mmc)
図2. カチオン変位に対するΔE




期待される適応分野
新規非鉛強誘電材料の開発

参考文献 [1] S. Sawada, et al. : J. Phys. Soc. Jpn. 35 (1973) 946.
[2] R. E. Cohen : Nature 358 (1992) 136.
[3] H. Moriwake, A. Konishi, T. Ogawa, K. Fujimura, C. Fisher, A. Kuwabara, T. Shimizu, S. Yasui, M. Ito : Appl. Phys. Lett. (accepted).
謝辞 本研究は、JSPS科研費25106008及び24560833の一環として実施したものである。



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