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2015-9

強誘電体における構造相転移の第一原理計算


技術のポイント

第一原理計算による新規強誘電体であるBi2SiO5の自発分極の理論計算、構造相転移のメカニズムの解明

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
新規強誘電体であるBi2SiO5の自発分極の理論計算。第一原理格子動力学計算に基づくフォノン状態解析による構造相転移機構の解明。

成果
(1) a軸、c軸方向にそれぞれ0.1 μC/cm2、14.5 μC/cm2の自発分極。
(2) 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((Si2O6)4-鎖の屈曲)と剪断変形により室温相に(空間群:Cc)相転移する。


・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: ベリー位相計算、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

高温相Bi2SiO5(空間群Cmcm)の結晶構造と
自発分極の計算値
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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