低分子の有機化合物クロコン酸が室温で強誘電性を示すことを発見
発表者
- 堀内 佐智雄（産業技術総合研究所光技術研究部門強相関フォトエレクトロニクスグループ 主任研究員）
- 十倉 好紀（東京大学大学院工学系研究科物理工学専攻 教授）
- 島野 亮（東京大学大学院理学系研究科物理学専攻 准教授）
- 徳永 祐介（科学技術振興機構 研究員）
- 伊藤 弘毅（科学技術振興機構 前研究員 現東北大学 助教）
発表概要
独立行政法人産業技術総合研究所【理事長 野間口有】（以下「産総研」という）光技術研究部門【研究部門長 渡辺正信】強相関フォトエレクトロニクスグループ【研究グループ長 長谷川達生】堀内佐智雄 主任研究員は、国立大学法人東京大学【総長 濱田純一】大学院工学系研究科 十倉好紀 教授、大学院理学系研究科物理学専攻 島野 亮 准教授および独立行政法人科学技術振興機構【理事長 北澤宏一】（以下「JST」という）徳永 祐介 研究員、伊藤 弘毅 前研究員（現東北大学 助教）と共同で、低分子のクロコン酸が有機化合物としては最高の分極性能をもつ室温強誘電体であることを発見した。なお、本研究は、JST戦略的創造研究推進事業ERATO型研究「十倉マルチフェロイックプロジェクト」【研究総括 十倉好紀】の一環として行われた。
強誘電体（注1）は、メモリー、キャパシター、圧電素子、光学素子など電子機能や光機能の基礎となる重要な材料である。高性能の有機強誘電体材料の開発により、有機物の特長を活かした新たな応用が期待できる。しかし、知られている有機強誘電体は極めて少数で、特に低分子系では分極（注2）性能や動作温度が低く材料開発は遅れていた。
クロコン酸は炭素、水素、酸素からなる簡単な分子構造（図1）であるが、有機強誘電体として優れた特性をもち、その自発分極の大きさは、強誘電体セラミックスであるチタン酸バリウムに近いことを発見した。しかも分極反転に必要な電場は典型的な強誘電性の有機高分子に比べて十分小さかった。また、強誘電性相転移（注3）温度は150 ℃以上と、有機低分子系では最高であり、室温で安定な強誘電性機能を発揮する。180年以上前から知られていた有機物が優れた強誘電性をもつという今回の発見は、新規、既知を問わずその他の有機化合物も無機材料並みの強誘電体機能を持つ可能性があることを示し、遅れていた有機材料の開発を促す成果である。
この成果の詳細は、英国科学誌 Nature 2010年2月11日号に掲載された。
詳細について産総研のホームページをご覧ください。
用語解説
- 注1 強誘電体
- 通常の物質は外部電圧がかかると分極が誘起されるが、焦電体と呼ばれる物質では、電圧が、かかっていなくても分極がゼロにならない。この分極を自発分極と呼ぶ。焦電体のうち外部電圧の極性を反転させることで、自発分極の向きを可逆的に反転できる物質を強誘電体と呼び、その性質を強誘電性という。一般に相転移温度（キュリー点）Tcを持ち、Tc以下の温度で強誘電性を示す。 ↑
- 注2 分極
- 絶縁体（誘電体）に外部から電場をかけた時には、それに応じて電場を打ち消そうと物体内部の電荷が移動して電荷分布に偏りが生じ、物体表面は電荷を帯びた状態となる。分極とは、物体中での電荷の空間的分布の偏りの度合いを表し、表面に蓄積される電荷密度を表す。 ↑
- 注3 相転移
- 温度や圧力など外部のパラメーターが変わることで、「水が氷へ変化する」「自発分極が現れて強誘電性をもつ状態へ変化する」などのように、二つの異なる状態間を行き来する現象。 ↑