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IBS、押す力だけで強誘電体分極を自由に制御する技術を開発

超小型素子や新たな強誘電体メモリー素子製造に活用可能の見込み


IBS(基礎科学研究院、キム・ドゥチョル院長)は同研究院強相関係物質研究団のノ・テウォン団長研究チームが韓国内の他の研究チームと共同で強誘電体水平方向分極を制御することに成功したと3月21日に発表した。研究チームの開発した方法を利用すれば、外部から電場を加えなくても変電効果により電気分極を自由に調節できる。

スマートフォンの内部にある多くの素子は圧電効果で電場を誘導する。圧電効果は外部から均一な力を加えたときに物質内部に電気分極が生じて電場が誘導される現象。現在、産業全般でチタン酸ジルコン酸鉛(PbZrxTi1-xO3)のような圧電体物質が広く活用されているが、こうした物質には鉛などの有害な物質が含まれており、これに代わる材料の開発が必要となっていた。

研究チームは圧電効果の代わりに変電効果に注目した。均一でない力が加わり物質が曲がった際に、物質内部の電気的分極が発生するという原理。だが変電効果は固体で非常に小さく現れるという限界がある。

しかし2011年にノ・テウォン団長研究チームが物質がナノメートルサイズに小さくなると非常に大きい変電効果が発生し得るという事実を発見した。ナノメートル単位で変電効果が圧電効果よりもさらに大きくなり得るという点に着眼した研究チームは強誘電体であるビスマス鉄酸化物を実験に用いた。

ビスマス鉄酸化物は8方向の電気的分極をもつと同時に磁気的性質と弾性度をいずれも備えている。研究チームはビスマス鉄酸化物をナノ薄膜の形態に蒸着して走査探針顕微鏡でナノ薄膜に力を加えて分極変化を観察した。その結果探針の移動方向によってビスマス鉄酸化物内部の分極方向を選択的制御することが可能であることを確認した。

研究チームは探針が移動する方向により強誘電体内部の分極の方向が転換する現象を「後行変電場(Trailing Flexoeletric Field)」という新しい概念として定立した。

研究に当った淑明女子大学のヤン・サンモ教授は「固体の中で圧電効果をもつ物質グループは20だが、変電効果は32のグループ全体に現れるので適用範囲が非常に広い。小さくなるほど電場誘導効果が大きくなる性質を利用するなら超小型素子の開発や機械的な力を利用する新たな方式の強誘電体メモリー素子製造に活用できるだろう」と話している。

研究結果は『Nature Nanotechnology』電子版に3月12日に掲載された。






[2018-03-23]

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