国立大学法人 東京工業大学 国立大学法人 名古屋大学 公益 団法人 高輝度光科学研究センタ
国立研究開発法人 物質 材料研究機構
圧電体の複雑 結晶構造変化の高速応答を直接測定
―IoT センサ の高性能化 期待―
要点
IoTセンサ 等で利用さ 圧電体の結晶構造が高速で変化す 様子を観察 圧電性の発現機構解明 献
新規の圧電性物質の探索や非鉛圧電体材料の開発を加速
概要
東京工業大学物質理工学院 大学元素戦略研究 ン 兼任 舟窪 浩教授 大学院総合理工学研究 原 祥隆 博士後期課程学生 当 時 大学 学技術創 研究院 ン 材料研究所 安井 伸太郎 助教 古屋大学大学院工学研究 学技術振興機構さ 研究者兼任
山 智明 准教授 高輝度 学研究 ン (JASRI) 今井 康彦 主幹研究員 物質 材料研究機構技術開発 共用部門 端材料解析研究拠点
ン ンＸ線 併任 坂 修身
ョン長 ュ サ 大学 ン
教授 研究 電 形状 変化 電体結
晶 い 原子 変位 単結晶領域 再配列 複雑 現象 1億分 4 (40 )(用語 ) 短時間 高速 起 い 大型放射 施設 SPring-8(用語 ) 高輝度放射 用い 時間分解Ｘ線回折実験 世 界 初 解明
電体 ン ッ ン や3次元 ン 手振 防 機構等 幅広 用い 最近 身 回 あ 振動 発電 振動 発電 や建物等 異常振動 ンサ 等 応用 期待さ 永続的 使用 自立電源 IoT ンサ ッ ワ 応用 期待さ い
今回 果 英国 ン ン 学雑誌 サ ン ッ Scientific Reports 8 29日付 掲載さ
● 研究 背景
結晶 外力 応 誘電分極 生 効果 電効果 結晶 電 え 結晶 歪 効果 逆 電効果 言い う 現象 示 物質
電体 電気的 機械的 逆 機械的
電気 変換 変換物質 言え
着火石 機械的 電気 変換 ン ン
ッ ッ や自動車 ン ン 燃料 噴射 電気
機械的変位 変換 さ 手ぶ 防 機構 機械的
電気 変換 々 暮 中 広 使用さ
い
最近 自動車 ン ンや高速道路 車 走行 振動 発電 振動 検出 機能 組 合わせ 安全安心 支え ッ 不要 IoT ン
サ ッ ワ 注目 集 い
電性 電 え や機械的 力 え 起
結晶自身 伸び 他 ン 呼 微小領域 結晶 向 変化等
複数 現象 時 起 知 い 個々 現象
い 速度 起 わ い せ
● 研究手法 果
々 大型放射 施設 SPring-8 表面界面構造解析 ン BL13XU
び 施設 物質 材料研究機構 ン BL15XU 数
集 高輝度単色 X 線 最 広 使用さ い 電体 あ ン酸 コン酸鉛膜 形 電極 照射 200 幅 電
印 観察 回折 電荷量 変化 高速 録
図 電 え 結晶 伸びや電 印 方向 ン
再配列等 起 い 判明 際 結晶 単結晶領域
図 赤 青 示 領域 傾斜角度 時 変化 い 明 解析 現象 図 図 示
注目 点 う 複雑 現象 時 起
今回試料 測定可能 1 億分 4 (40 ) 速い 世界 初
明 図
図 電 え 時 結晶 伸びや 電 印 方向 ン 再配列 電気特性
直接測定 測定 数 集 高輝度X線 電
極 照射 電 印 回折Ｘ線強度 電荷量 変化 20 時間
分解能 時 測定 今回 測定 200 幅 電
印 い 際 回折 電荷量 変化 い え 電 固定 高速 録
図 試料 電 印 時 起 結晶 構造変化 模式図
赤 示 結晶 伸び 青 示 結晶 一部 赤 示 結晶 変化 青 び赤 示 結晶 角度 変化 い 複雑 現象 時 起 い
図 図 赤 青 結晶 伸びや縮 青 結晶 赤 結晶 変化 青 び赤 結晶 角度 変化 い 複雑 現象 測定 分解能40
速い 時 起 い わ
● 期待さ 波及効果
今回 果 以 述 波及効果 期待
a) 電性 発現機構 解明
電性 結晶内 複雑 現象 発現 い わ い
現象 う 起 い い 速度
追随 い 十分 わ い せ 研究
個々 効果 直接的 高速 測定 う ン酸
コ ン 酸 鉛 以 外 物 質 電 性 発 現 機 構 解 明 飛 躍 的 進 見込
b) 電体 性能向 貢献
研究 複雑 現象 時 測定可能 新規物質 探索
場合 う 現象 電体内 起 い 応答速度
変化 直接測 ＆ 行
電体 物質探索 飛躍的 進 考え
c) 非鉛 電体開発 速 環境問題 貢献
i) 現 使わ い 電体 毒性 あ 鉛 重さ 50%以 含 環境 配慮 非鉛 電体 開発 強 求 い
ii)今回 果 使わ い 鉛 含 電体 ン
酸 コン酸鉛 う 機構 大 電性 発現 い
明 現 盛 開発さ い 鉛 含 い新規
非鉛 電体材料 開発 速さ 期待
d) IoT ンサ 開発 速 貢献
電体 力や振動 速度 さ 温度等 ンサ 使用可能 ン ン 際 発電 行う 可能 電源 必要 い ンサ 端 作 可能性 あ う ンサ
や橋 付 電 交換不要 ンサ 端 作製 端
ッ ワ “安全 安心 社会” 構築 貢献 期待
用語説明
用語 ：10億分 1
用語 大型放射 施設 SPring-8：
兵庫県 播磨 学公園都市 あ 世界最高 性能 放射 生 出 施設
運転 利用者 支援 JASRI 行 い SPring-8 前 Super Photon
ring-8 GeV 来 放射 電子 等 い速度 速
電磁石 進行方向 曲 時 発生 細 強力 電磁波
SPring-8 放射 用い や産
業利用 幅広い研究 行 い SPring-8 日 端 学 技術 支 え 高度 端 学施設 日 国内外 大学 研究所 企業 年間延 1 万6千人以 研究者 利用さ い
論文情報
論文 ：In-situ observation of ultrafast 90° domain switching under application of an electric field in (100)/(001)-oriented tetragonal epitaxial Pb(Zr0.4Ti0.6)O3 thin films
※日 語訳：(100)/(001)配向 方晶 Pb(Zr0.4Ti0.6)O3 薄膜 電
界印 時 90° ン 高速応答 場観察
著者：Yoshitaka Ehara, Shintaro Yasui, Takahiro Oikawa, Takahisa Shiraishi, Takao Shimizu, Hiroki Tanaka, Noriyuki Kanenko, Ronald Maran, Tomoaki Yamada, Yasuhiko Imai, Osami Sakata, Nagarajan Valanoor, and Hiroshi Funakubo
掲載紙： Scientific Reports
掲載日: 2017年8 29日18:00 日 時間 DOI: 10.1038/s41598-017-09389-6
今回 研究 日 学術振興会 学研究費 学技術振興機構 戦略的創造 研 究 推 進 事 業 さ 研 究 一 環 行 わ 構 造 解 析 SPring-8 共用 ン BL13XU び物質 材料研究機構 専用
ン BL15XU 実施 研究 果 一部 文部 学省委 事業
ッ 課題 物質 材料研究機構微細構造解析 ッ
支援 行わ
