2024-02-09 京都大学
図：層状ペロブスカイト酸化物La₂SrSc₂O₇におけるLa/Srの無秩序分布に誘起される強誘電性。
材料化学専攻の川崎龍志（研究当時、修士課程学生）、Yang Zhang 修士課程学生、Wei Yi准教授、藤田晃司教授の研究グループは、九州大学、大強度陽子加速器施設（J-PARC）、北海道大学の研究者と協力して、ペロブスカイト関連層状酸化物La2SrSc2O7が強誘電体となることを実証するとともに、強誘電性発現の支配因子を原子レベルで明らかにしました。
現在、チタン酸バリウム（BaTiO3）やチタン酸ジルコン酸鉛（Pb(Zr,Ti)O3）など、ペロブスカイト型酸化物（一般式ABO3）に基づく強誘電体が実用材料として利用されています。これらの強誘電体では、チタンと酸素の共有結合性や鉛の非共有電子対といった特定の元素に特有の性質により結晶構造の反転対称性が破れ、強誘電性が生じます。このような性質をもつ元素は限られるため，ペロブスカイト酸化物の中で非中心対称な化合物は数%程度に留まっています。一方で、岩塩層とペロブスカイト層が交互に積層した構造をもつルドルスデン－ポッパー相（一般式An+1BnO3n+1あるいはAO(ABO₃)n、nは整数）のようなペロブスカイト関連層状酸化物においては、構成元素の共有結合性に無関係な構造歪みに起因して結晶構造の反転対称性が破れることが約10年前に示され、それ以来、新しい機構に基づく強誘電体が多数発見されています。
本研究グループは今回、これまで強誘電性発現の報告例のないルドルスデン－ポッパー相Ln2AB2O7（Ln：ランタノイド、A: アルカリ土類金属、B: 遷移金属）において物質探索し、新奇強誘電体La2SrSc2O7を見出しました。また、強誘電性の発現には、Aサイトの無秩序な原子配列が重要な役割を果たしていることを突き止めました。今回の成果は、強誘電体設計における元素選択の幅を大きく広げ、既存の強誘電体で実現困難な機能・物性をもつ材料開発を促進すると期待されます。
本研究成果は、2024年2月6日に米国の国際学術誌「Journal of the American Chemical Society」のオンライン版に掲載されました。
研究詳細
新奇層状ペロブスカイト強誘電体の発見 ―Aサイトの無秩序な原子配列により誘起される強誘電性―
研究者情報
Wei Yi
藤田 晃司
書誌情報
タイトル
La2SrSc2O7: A-Site Cation Disorder Induces Ferroelectricity in Ruddlesden-Popper Layered Perovskite Oxide（La2SrSc2O7：Aサイトカチオンの無秩序分布がルドルスデン－ポッパー型層状ペロブスカイト酸化物の強誘電性を誘起する）
著者
Wei Yi*, Tatsushi Kawasaki, Yang Zhang, Hirofumi Akamatsu, Ryo Ota, Shuki Torii, and Koji Fujita*
掲載誌
Journal of the American Chemical Society
