SSK 株式会社 新社会システム総合研究所

■概要■
材料開発・理論計算手法の高度化に伴い、新規材料探索が急速に進展している強誘電体。
その不揮発性や低消費電力といった特長を活かし、エネルギーデバイス、センサ、脳型コンピューティングなどの次世代情報処理への応用が期待されている。
強誘電体研究の現状と課題を俯瞰し、材料開発、基礎物性、応用展開を横断する学際的視点から体系的に解説する。

■監修者■
藤田　晃司
京都大学　大学院工学研究科　教授
谷口　博基
名古屋大学　大学院理学研究科　教授
赤松　寛文
九州大学　大学院工学研究院　准教授

【序論　Society5.0に貢献する強誘電体研究の最新動向】
1. はじめに
2. 強誘電体をめぐる最近の研究動向

【第1編　強誘電体と材料開発】
第1章　新規強誘電体の開発
第1節　磁気秩序誘起強誘電体の開発
1. はじめに
2. 磁気秩序誘起強誘電性の発現機構
3. 磁気秩序誘起強誘電体の例
第2節　新規層状ペロブスカイト酸化物強誘電体の開発
-ハイブリッド間接型強誘電性を示す物質群の開拓-
1. はじめに
2. 変位型強誘電体の強誘電発現機構
3. 新規層状ペロブスカイト酸化物強誘電体
第3節　マルチフェロイック特性を有するペロブスカイト塩化物
1. はじめに
2. K3Mn2Cl7の結晶構造と相転移
3. K3Mn2Cl7の磁気特性　など
第4節　チタン石型酸化物反強誘電体
1. はじめに
2. チタン石型酸化物
3. CaTiSiO5の反強誘電性　など
第5節　カイラリティ- 電気トロイダルモーメント結合による強誘電性
1. はじめに
2. 元素に依存しない強誘電体の設計指針
3. SrM2V2O8 の構造転移と強誘電性
第6節　イオンの長距離移動に基づく
　　　　分極材料「強誘電イオン伝導体」の発見
1. 背　景
2. 強誘電イオン伝導体
3. まとめ
第7節　複数の機能を持つ新規有機強誘電体の開発
1. はじめに
2. 発光性有機強誘電体液晶
3. 光反応性有機強誘電体　など
第8節　柔粘性/強誘電性結晶の開発と機能チューニング
1. はじめに
2. 柔粘性結晶
3. 柔粘性/強誘電性結晶の開発　など
第9節　有機固溶体・有機混晶を用いた分子運動と誘電物性の制御
1. はじめに
2. 同形分子による置換
3. 異形分子による置換
第10節　単分子誘電体の開発
1. 単分子誘電体の物性発現機構と測定
2. 単分子誘電体の設計戦略
3. 単分子誘電体の評価技術とデバイス化戦略

第2章　強誘電体薄膜の合成
第1節　高安定な強誘電性を示すHfO2基強誘電薄膜の作製
1. はじめに
2. HfO2基材料のエピタキシャル成長
3. HfO2基エピタキシャル膜の強誘電性　など
第2節　ナノスケール強誘電体のドメイン構造制御とその圧電特性
1. はじめに
2. 薄膜における歪みがドメイン構造に及ぼす影響
3. ナノロッドにおける脱分極電界がドメイン構造に及ぼす影響　など
第3節　エピタキシャルPZT圧電薄膜の作製
1. PZT薄膜を用いた圧電
2. エピタキシャルPZT薄膜の作製およびその結晶構造
3. スパッタ法によるエピタキシャルPZT薄膜
第4節　BiFe1-xCoxO3薄膜の電場印加磁化反転
1. はじめに
2. BFCOのスピン構造変化
3. BFCO薄膜における電場印加磁化反転
第5節　新規非ペロブスカイト強誘電体薄膜の合成
1. はじめに
2. κ-Al2O3型化合物と結晶構造
3. κ-Al2O3型薄膜の作製　など
第6節　エピタキシャル薄膜成長による
　　　　二次元強誘電体メンブレン結晶の合成
1. はじめに
2. 強誘電性を示す二酸化ハフニウムジルコニウムの
　　極薄メンブレン結晶の作製
3. 二酸化ジルコニウムメンブレンの作製　など
第7節　二次元誘電体・強誘電体の開発
1. はじめに
2. 誘電体ナノシートの開発経緯
3. ペロブスカイトナノシートの合成と誘電特性　など
第8節　スパッタリング，スピンコート法を用いた
　　　　Si基板上エピタキシャル強誘電体薄膜の合成
1. マルテンサイト・エピタキシー（Martensitic Epitaxy）
2. 強誘電体薄膜のエピタキシャル成長

【第2編　強誘電体の基礎研究】
第1章　強誘電体ナノスケールの観察手法
第1節　強誘電体電子状態と
　　　　自発分極ドメインの非破壊ナノイメージング手法
1. はじめに
2. 光電子顕微鏡（PEEM）
3. HfO2系強誘電体キャパシタの絶縁破壊過程　など
第2節　電場に追随した強誘電体電子状態のリアルタイム観測手法
1. はじめに
2. 単位格子内の電場応答
3. X線分光法による誘電体の電場応答の研究　など
第3節　強誘電体の帯電ドメイン構造の原子スケール観察手法
1. はじめに
2. ドメイン構造の観察方法
3. 観察事例
第4節　強誘電体の傾斜したバンド構造の観察手法
1. はじめに
2. 角度分解硬X線光電子分光
3. 各原子軌道のエネルギーシフト量がボルン有効電荷の大きさに対応する
第5節　拡張共役強誘電性液晶のバルク光起電力効果と分極誘起電界発光
1. 強誘電体とエレクトロニクス
2. 多重機能材料としての液晶
3. 有機強誘電体におけるバルク光起電力効果　など
第6節　強誘電性ネマティック・ドロップレットの自己駆動現象
1. はじめに：強誘電性ネマティック液晶
2. 実験手法
3. 形態変化と界面不安定性：液晶滴の多様なモルフォロジー　など
第7節　電場印加下での原子分解能その場電子顕微鏡観察
1. はじめに
2. 電圧印加原子分解能その場走査透過型電子顕微鏡（STEM）法
3. 電圧印加原子分解能その場STEM観察用試料の作製　など

第2章　強誘電体の特性解析
第1節　広帯域誘電スペクトロスコピーによる誘電分極機構の解明
1. はじめに
2. 誘電性の微視的起源と誘電分散
3. チタン酸バリウムの誘電分極機構　など
第2節　強誘電体材料の電気機械特性の測定手法
1. はじめに
2. 現象論
3. 誘電率と弾性率　など
第3節　放射光X線による不均一系強誘電体の局所構造解析
1. はじめに
2. 結晶PDF解析
3. 放射光を用いたX線回折・全散乱　など
第4節　二次元強誘電体α-In2Se3における積層自由度に依存した圧電応答
1. 研究の背景
2. 2H相および3R相の選択的な単結晶育成と同定
3. 電子構造と光学特性　など
第5節　強誘電性ｰ圧電性を示す
　　　　擬立方晶鉛フリーセラミックス材料の構造解析
1. はじめに
2. 電場ゼロでの結晶構造解析
3. 電場印加下での格子ひずみ　など
第6節　光第2高調波のフェロイック物質への応用
1. はじめに
2. 物質と光の相互作用
3. SHGによる強誘電ドメイン構造の可視化　など

第3章　強誘電体特性の発現メカニズム
第1節　複電荷鉄酸化物RFe2O4の合成と電子強誘電性の発現機構
1. はじめに
2. 電子強誘電体薄膜の合成
3. RFe2O4の非線形光学素子への応用
第2節　チタン石型反強誘電体における分極特性および絶縁破壊特性の制御
1. はじめに
2. チタン石型酸化物の結晶構造と反強誘電性
3. チタン石型酸化物の分極応答　など
第3節　AlN基窒化物強誘電体薄膜の水素ガス含有熱処理に対する高い耐久性
1. はじめに
2. AlN基窒化物強誘電体薄膜での水素熱処理効果
3. おわりに
第4節　電子型強誘電体の赤外、
　　　　テラヘルツ光照射によるナノ分極増強メカニズム
1. はじめに
2. 有機伝導体(TMTTF)2X
3. 有機伝導体(ET)2X　など

第4章　計算科学
第1節　自動第一原理計算と機械学習を用いた高誘電率材料の探索
1. はじめに
2. 第一原理計算
3. 機械学習による物性予測モデル　など
第2節　ウルツ型結晶構造を持つ強誘電体材料の探索
1. はじめに
2. 新規強誘電体材料マテリアルズ・インフォマティクス
3. おわりに
第3節　計算科学を活用した新規強誘電体材料の探索手法
1. 背　景
2. 強誘電候補物質のハイスループットスクリーニング
3. Al2S3 の分極反転メカニズム　など
第4節　機械学習ポテンシャルを利用した
　　　　強誘電体のドメインダイナミクス解析
1. はじめに
2. BaTiO3系における機械学習ポテンシャルの開発
3. BaTiO3の相転移シミュレーション　など
第5節　強誘電体のマルチスケール理論モデリング
1. はじめに
2. 強誘電体の第一原理シミュレーション（電子・原子スケール）
3. 強誘電体の分子動力学シミュレーション（原子〜ナノスケール）　など

【第3編　用途開発に向けた応用研究】
第1章　強誘電体メモリ・トランジスタの開発
第1節　低電圧・長寿命のハフニア系強誘電体メモリの開発
1. HfO2系強誘電体の特徴
2. 1T-1C型強誘電体メモリ（FeRAM）とその課題
3. HfO2系強誘電体の薄膜化による強誘電体メモリ性能・信頼性の向上
第2節　Channel-All-Around型TiO2チャネル強誘電体トランジスタの開発
1. 高速大容量メモリの必要性
2. 高速大容量メモリの実現例
3. Channel-All-Around 型強誘電体トランジスタのコンセプト　など
第3節　ハフニウム系強誘電体薄膜を用いた
　　　　不揮発性メモリトランジスタの研究
1. はじめに
2. Hf系強誘電体薄膜を用いたMFSFETの形成
3. 強誘電性HfO2を用いたFeNOS型不揮発性メモリ

第2章　蓄電・発電デバイスの開発
第1節　強誘電体超格子薄膜を用いたエネルギー貯蔵キャパシタの開発
1. はじめに
2. 誘電体キャパシタのエネルギー貯蔵特性
3. 誘電体超格子薄膜キャパシタの特徴
第2節　強誘電性半導体による高性能太陽電池の開発
1. はじめに
2. 半導体太陽電池と強誘電体太陽電池の特性
3. 金属ハライドペロブスカイト化合物（MHP）の
　　組成構造と強誘電性半導体特性　など
第3節　新規フェリ誘電体を用いた次世代キャパシタの開発
1. はじめに
2. 誘電体（分極性材料）の分類
3. 強誘電体とフェリ誘電体の分極ヒステリシスとエネルギー貯蔵特性
第4節　誘電体界面を用いたリチウムイオン電池の高出力化
1. はじめに
2. 充放電反応の高速駆動化に向けて
3. エピタキシャル薄膜を用いた高速充放電特性向上の原理解明
第5節　強誘電体BiFeO3薄膜のバルク光起電力効果と
　　　　光アクチュエータへの応用
1. 強誘電体における光起電力効果
2. バルク光起電力効果
3. 光アクチュエータへの応用

第3章　その他の応用研究
第1節　マイクロ波励起高密度プラズマによるBiFeO3薄膜の表面改質
1. はじめに
2. 実験方法
3. 結果と考察
第2節　強誘電体薄膜アナログメムキャパシタを用いた
　　　　ニューロモーフィックシステムの開発
1. はじめに
2. デバイス構造
3. アナログメムキャパシタ特性　など
第3節　圧電MEMS共振器を用いた物理リザバーコンピューティング
1. はじめに
2. 物理リザバーコンピューティングの原理
3. 圧電MEMS共振器を用いた物理RCシステム　など
第4節　強誘電性ネマチック液晶を用いた有機強誘電デバイスの開発
1. 静電デバイスのゲームチェンジャーとしての強誘電性流体
2. 強誘電デバイス実現のための強誘電性ネマチック液晶材料の開発
3. 強誘電体を媒体とする静電デバイスの基礎　など