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R-13
2016

アルミネートゼオライト強誘電体の相転移機構解析


技術のポイント

アルミネートゼオライト強誘電体Ca8[Al12O24](WO4)2の 強誘電体相転移機構を第一原理計算を用いて解明

基礎研究


背景
多くの強誘電体はぺロブスカイト型結晶構造を有しているが、非ぺロブスカイト構造での強誘電体が開発できれば、材料探索の自由度を大きく拡張できると期待されている

目的
アルミネートゼオライト強誘電体Ca8[Al12O24](WO4)2は強誘電体として低い誘電率により焦電センサーなどへの応用が期待されているが、その相転移機構の詳細は解明されていなかった。高精度な実験と第一原理計算を連携させることにより本物質の相転移挙動を解析する

成果
(1) 第一原理分子動力学計算によりアルミネートゼオライト強誘電体Ca8[Al12O24](WO4)2の有限温度での構造変化をシミュレーション
(2) 結晶構造解析と第一原理分子動力学計算の結果から、本物質の相転移機構が、高温域でランダムな回転運動をするWO4が低温相で秩序化することによって生じる秩序-無秩序型相転移であることを明らかにした


Ca8[Al12O24](WO4)2の結晶構造図.
Ca-Al-Oが構成するゼオライト骨格
構造の中にWO4四面体が存在している
様子がよく分かる
第一原理分子動力学法による計
算結果。図中黄色の点は酸素イ
オンの移動軌跡を示している。
低温の100KではWO4四面体は
安定位置を中心に振動している
だけだが、温度上昇に伴いその
振動が激しくなり、 1100Kで
は、安定点周囲のポテンシャル
障壁を乗り越えて、ランダムな
回転運動が始まっている事が明
確に見て取れる。このように本
物質の強誘電体相転移機構が、
WO4四面体の秩序ー無秩序型強
誘電体相転移であることが明ら
かになった



期待される適応分野
強誘電体相材料などの有限温度での物性評価、温度による相転移機構の解明
新規強誘電体の設計創出

謝辞 本研究は科研費新学術領域研究「ナノ構造情報のフロンティア開拓」での成果である



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