廣島大學發表與山梨大學、九州大學、東京工業大學的共同研究中,成功地合成出結晶系如同立方晶結構,且具有優異的鐵電性(Ferroelectricity)、壓電性之陶瓷材料。
一般結晶系屬於立方晶的物質在結晶學上無法得到鐵電性,也不易有良好的壓電性。而研究團隊將鈦化鋇(BaTiO3)、鈦酸鎂鉍(Bi(Mg0.5Ti0.5)O3)、鐵酸鉍(BiFeO3)予以固溶後合成陶瓷材料後發現,不僅結晶系呈現立方晶構造,且具有優異的鐵電性。此外也確認具有一般壓電材料使用之鋯鈦酸鉛(Pb(Zr,Ti)O3)相近的壓電性。
研究團隊又利用大型同步輻射設施「SPring-8」進行了電場處理下的X射線繞射實驗,發現在結晶構造上僅有鉍離子脫離理想的原子位置。藉此也確認電場(電壓)的施加,促使鉍離子朝電場方向偏離,以至於結晶格子大幅歪曲,同時也是新合成陶瓷材料具有優異鐵電性與壓電性的原因。
此外,新陶瓷材料的結晶系是極為近似立方晶系的「似立方晶(Pseudo-Cubic)」,因此研究團隊也確認不論是從哪個方向施加電場,結晶格子都能朝電場方向伸展。
透過此次的研究成果,可知即使是近似於立方晶的構造,藉由合成出紊亂構造的材料,並利用電場控制,就可望成為高性能之鐵電體/壓電體材料並發揮機能性,今後將可進一步推動鐵電體/壓電體材料的開發。