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2014-8

第一原理計算による単鎖イノケイ酸塩Bi2SiO5の強誘電性の解析


技術のポイント

第一原理計算により強誘電体Bi2SiO5の構造相転移のメカニズムを明らかにし、電子構造を解析する

基礎研究


背景
従来の強誘電体セラミックスはペロブスカイト型構造中の酸素八面体の 変位に伴う構造相転移により自発分極を発生する。さらなる高機能化の ためには新しい相転移機構を有する材料を探索する必要がある。

目的
第一原理格子動力学計算を用いて新規強誘電体である単鎖イノケイ酸塩Bi2SiO5のフォノン状態を解析することで構造相転移機構を明らかにする。

成果
(1) Bi2SiO5は常誘電体である高温相(空間群:Cmcm)においてブリルアンゾーン内に複数のソフトモードを有する。ゾーン中心の振動モードと剪断変形により室温相に(空間群:Cc)相転移する
(2) Cmcm相からCc相への構造相転移は(Si2O6)4-鎖の屈曲による振動モードのソフト化により発生する
従来のペロブスカイト系強誘電体酸化物と異なる分極モード


・手法:第一原理PAW法(VASPコード)、Phonopyコードによる格子動力学計算
・評価:ブリルアンゾーンにおけるフォノン分散、全エネルギー計算
図1. 高温相Bi2SiO5(空間群Cmcm)の結晶構造
図2. 高温相(Cmcm)と室温相(Cc)の
ブリルアンゾーン内のフォノン分散曲線



期待される適応分野
酸素八面体配位以外の結晶構造を有する新規な強誘電体の開発

参考文献 H. Taniguchi, A. Kuwabara, J. Kim, Y. Kim, H. Moriwake, S. Kim, T. Hoshiyama, T. Koyama, S. Mori, M. Takata, H. Hosono, Y. Inaguma, M. Itoh, Angew. Chem. Int. Ed., 52 (2013) 8088.



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