2024-01-18 九州大学
ポイント
- ⼀般的に強誘電体は絶縁体であり、電場に応答してイオンが流れる伝導体では強誘電性を⽰しえないと考えられていた。
- 空間反転対称性の破れた結晶構造をもつプロトン伝導体を合成し、プロトン伝導の整流性（⼀⽅向に流れやすく、逆⽅向に流れにくい性質）に基づく強誘電的性質を⽰すことを発⾒した。
- 従来の強誘電体の約1000倍の15mC/cm²を達成した。
概要
電場で分極方向をスイッチすることのできる強誘電体は種々のセンサーやメモリなどに用いられる実用材料であり、分極値の向上は機能性向上のための根幹をなす重要なテーマです。そのため無機から有機物質まで幅広く物質探索が行われてきましたが、そのすべては絶縁体でした。これは、電場に応答してイオンや電子が流れる伝導体では、分極を反転させることができず強誘電特性が発現しないと考えられていたためです。
今回、九州大学大学院理学研究院の博士課程の柳澤純一氏（2023年学位取得）、Benjamin Le Ouay助教、大谷亮准教授、大場正昭教授らは、東北大学大学院理学研究科の青山拓也助教、東京工業大学理学院の藤井孝太郎助教・八島正和教授、学習院大学大学院自然科学研究科の稲熊宜之教授、ファインセラミックスセンターの桑原彰秀博士・設楽一希博士、熊本大学大学院先端科学研究部の速水真也教授と共同で、空間反転対称性の破れた新規シアノ金属錯体 K₂MnN(CN)₄×H₂O を開発し、室温で 1.3×10⁻⁵ S/cm 程度のプロトン伝導体であると同時に 15 mC/cm²の巨大な分極値をもつ強誘電体であることを発見しました。この「強誘電イオン伝導体」の機能は空間反転対称性の破れとプロトン伝導が強く相関したプロトン整流特性に基づいており、伝導したプロトンが骨格の分極値を大幅に増幅していることを明らかにしました。
本研究成果は、2024年1月2日（火）に アメリカ化学会 (ACS) の国際学術誌「Journal of the American Chemical Society」にオンライン掲載されました。
(参考図) 新たに合成した「強誘電イオン伝導体」の構造と分極反転メカニズム。および、強誘電ヒステリシス。
研究者からひとこと
空間反転対称性が破れるときは、必ず何かが起こります。今回の研究は、イオン伝導体で空間反転対称性が破れた結晶構造が得られたことが始まりでした。現在、極性イオン伝導体の強相関機能を深めるための合成開発をさらに進めています。
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論文情報
掲載誌：Journal of the American Chemical Society
タイトル：Strongly enhanced polarization in a ferroelectric crystal by conduction-proton flow
（強誘電結晶内でのプロトン伝導による巨⼤分極現象）
著者名：柳澤純⼀・⻘⼭拓也・藤井孝太郎・⼋島正和・稲熊宜之・桑原彰秀・設楽⼀希・Benjamin Le
Ouay・速⽔真也・⼤場正昭・⼤⾕亮
D O I ：10.1021/jacs.3c10841
研究に関するお問い合わせ先
理学研究院 ⼤⾕ 亮 准教授
