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“ナノドメイン”構造を有する圧電体薄膜の超高速応答を実証

高速制御による高性能製品の開発に期待

財団法人 高輝度光科学研究センター
国立大学法人 東京工業大学
独立行政法人 物質・材料研究機構
国立大学法人 京都大学

高輝度光科学研究センター、東京工業大学、物質・材料研究機構及び京都大学は、動作の切り替え (スイッチング) の更なる高速化を可能にすると期待されている、“ナノドメイン”と呼ばれる微小領域を有する新しい圧電体薄膜が200ナノ秒(1千万分の2秒)という超高速でスイッチング可能であることを世界で初めて確認しました。

概要

高輝度光科学研究センター (JASRI) 、東京工業大学、物質・材料研究機構 (NIMS) 及び京都大学は、動作の切り替え (スイッチング) の更なる高速化を可能にすると期待されている、“ナノドメイン”と呼ばれる微小領域を有する新しい圧電体薄膜が200ナノ秒(1千万分の2秒)という超高速でスイッチング可能であることを世界で初めて確認しました。

圧電体薄膜は、電気信号により構造が変化する性質を活かして、インクジェットプリンタで使用されるマイクロデバイス (Micro Electro Mechanical Systems、MEMS) 等の動力源として利用されています。現在の圧電体薄膜では、スイッチング時間を十分制御できていません。高速のスイッチングが実現できれば産業応用への広がりやより高性能な製品の開発を期待できます。

そこで、本研究グループでは、大型放射光施設SPring-8の高輝度放射光を用いて圧電体の一種である強誘電体薄膜に高速に電場をかけることで引き起こされるナノドメインの構造変化を調べました。その結果、ナノドメインの結晶の向きが1千万分の2秒(200 ナノ秒)という高速で変化していることを世界で初めて確認することに成功しました。

圧電体薄膜を1千万分の2秒というナノ秒オーダーで制御できる可能性を示した今回の成果は、圧電体薄膜を用いたMEMSの高速化を通じて高性能製品の開発に大きく貢献するものです。例えば、インクジェットプリンタでは、インクの塗布を制御するMEMSの処理速度が速くなれば、従来よりも少ないインク量で微細な印刷が可能になりますし、自動車用エンジンでは、燃料の使用効率を制御するセラミックス部品にナノドメイン構造を適用することで、燃費向上や排ガス抑制に貢献することが期待できます。

今回の成果は、JASRIの坂田 修身 客員研究員 (兼務 : NIMS 中核機能部門 高輝度放射光ステーション長) 、東京工業大学大学院 総合理工学研究科 舟窪 浩 准教授、山田 智明 特任助教 (現 名古屋大学大学院 工学研究科 准教授、科学技術振興機構 さきがけ研究者) 、京都大学 化学研究所 菅大介 助教らの研究グループによるもので、応用物理の分野において影響の大きい科学学術誌「Applied Physics Letters」のオンライン版に11月4日付で掲載されました。また、今回新たにVirtual Journal of Nanoscale Science & Technologyに注目論文として選ばれました。


「プレスリリース資料中の図1 :  高速ストロボ撮影を可能にした測定システム (数マイクロメータに集光した高輝度X線を電極上に集光し、回折X線強度と電圧印加しながら電気分極とを数10 ナノ秒の時間分解で同時に測定できるシステムを構築し、それを用いました。今回の測定では、200ナノ秒幅のパルス電圧を1 回印加した後、回折プロファイルを記録しました。次にパルス幅を少し長くした電圧を1 回印加した後、回折プロファイルを記録することを順次繰り返しました。)」の画像

プレスリリース資料中の図1 : 高速ストロボ撮影を可能にした測定システム (数マイクロメータに集光した高輝度X線を電極上に集光し、回折X線強度と電圧印加しながら電気分極とを数10 ナノ秒の時間分解で同時に測定できるシステムを構築し、それを用いました。今回の測定では、200ナノ秒幅のパルス電圧を1 回印加した後、回折プロファイルを記録しました。次にパルス幅を少し長くした電圧を1 回印加した後、回折プロファイルを記録することを順次繰り返しました。)




お問い合わせ先

研究内容全般に関すること
東京工業大学 大学院
総合理工学研究科 物質科学創造専攻
舟窪 浩 (ふなくぼ ひろし)
TEL&FAX: 045-924-5446
E-Mail: funakubo=iem.titech.ac.jp
([ = ] を [ @ ] にしてください)
試料に関すること
京都大学 化学研究所
菅 大介 (かん だいすけ)
TEL: 0774-38-3114
FAX: 0774-38-3118
E-Mail: dkan=scl.kyoto-u.ac.jp
([ = ] を [ @ ] にしてください)
測定に関すること
高輝度光科学研究センター
利用研究促進部門 客員研究員
物質・材料研究機構 中核機能部門
高輝度放射光ステーション ステーション長、
坂田 修身 (さかた おさみ)
TEL&FAX: 0791-58-1970
E-Mail: SAKATA.Osami=nims.go.jp
([ = ] を [ @ ] にしてください)
報道担当
財団法人 高輝度光科学研究センター
広報室
TEL: 0791-58-2785
FAX: 0791-58-2786
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企画部門広報室
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