Thermodynamic Study of the Formation and Growth of Ferroelectric Nanoregion in Perovskite Complex Oxide Relaxors

Abstract

一般式ABO3で表されるペロブスカイト酸化物は誘電体 材料への応用分野をはじめとする無機材料科学分野におい てその中心を占め,その高機能化が長年にわたって研究さ れてきた。一般にAサイトはイオン半径の大きな2価ある いは3価の陽イオンが,Bサイトは価数の比較的高く,イオ ン半径の小さなイオンが占めている場合が多い。ペロブス カイト酸化物の強誘電体化合物として有名なBaTiO3の場合 には,Aサイトはアルカリ土類金属であるBa2+が,Bサイ トは遷移金属であるTi4+が位置している。ペロブスカイト 構造は天然鉱物にも多く見られる構造であり,その化学的 多様性は非常に広い。その中で特にAサイトに鉛を含有す る複合ペロブスカイト酸化物は,高い圧電効果などの特徴 ある物性を示すPb(Zr,Ti)O3などをはじめとして誘電体応 用分野で注目されている。また,実用化されている材料も 数多く存在する。このPb(Zr,Ti)O3においては,特徴的な物 性が表れる組成付近にはモルフォトロピック相境界と呼ば れる領域が存在し,複雑な相転移挙動がその機能性発現に 重要な影響を与えている。一方,このような鉛含有複合ペ ロブスカイト酸化物Pb(B'B")O3の中には,Fig.1に示すよ うに巨大誘電率を示し,同時にガラスに類似の顕著な誘電 分散を示すものも存在する。これらは通常の誘電体には見 られない興味深い性質を示し,近年急激に研究が行われる ようになっている。これら一連の化合物は,特徴的な誘電 緩和現象を示すためにリラクサーと呼ばれているが,1) リラ クサーには,強誘電体で観測される強誘電相転移を示さず, 極低温まで高い結晶対称性を有したままの場合もあり,そ の機構解明が求められている。 誘電性を示す鉛含有複合ペロブスカイト酸化物 Pb(B'B")O3には数多くのタイプがあるが,Bサイトの遷移 金属が2価と5価のイオンで構成される場合には,電気的中 性条件から2種類のイオンB',B"の比は1:2となり,組成 式はPb(B'1/3 B"2/3)O3となる。これに該当する化合物の中に,