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Local structure analysis of Nb-related perovskite materials

Nb系ペロブスカイト強誘電体の局所構造解析

米田 安宏; 小原 真司*; 永田 肇*; Fu, D.*; 竹中 正*

Yoneda, Yasuhiro; Kohara, Shinji*; Nagata, Hajime*; Fu, D.*; Takenaka, Tadashi*

Nb系ペロブスカイト酸化物は豊田中央研究所で開発されたLF4に代表されるように非常に大きな自発分極を有する強誘電体材料の有力なエンドメンバーである。しかしながら、LF4のような特性を示す材料の発見がごく最近であるため、その特性発現機構は未だ明らかにはされていない。また、Nb系ペロブスカイト酸化物はAサイトにアルカリ金属を有するために合成が困難で、良質のサンプルを得ることが困難であった。近年、合成法の改善により各種のNb系ペロブスカイト酸化物の高品位サンプルが入手できるようになった。そこで、これらのNb系ペロブスカイト酸化物の中から、NaNbO$$_3$$, KNbO$$_3$$、およびAgNbO$$_3$$の3種類のNb系ペロブスカイト化合物を選択し、2体相関分布関数法(pair-distribution function: PDF)を用いた局所構造解析を行うこととした。これらの局所構造は、平均構造で概ね再現できる。しかし、Nbが占める${it B}$サイト周辺の相関が非常に強固であり、${it A}$サイトを占めるアルカリ金属のイオンサイズに応じて相関長が変化することがわかった。

NaNbO$$_3$$, KNbO$$_3$$, and AgNbO$$_3$$ have rhombohedral structure at low temperatures. The phase transition depends on ${it A}$-site ion with NbO$$_6$$ octahedron. NaNbO$$_3$$ and KNbO$$_3$$ have structural phase transition from rhombohedral to orthorhombic with increasing temperature. On the other hand, the phase transition of AgNbO$$_3$$ occurs from rhombohedral to monoclinic. Since the rhombohedral structure is a highly ordered average structure, it tends to be subject to the influence of local randomness. We performed local structure analysis by using atomic pair-distribution function (PDF). The Nb-O bond clearly appeared in the observed distribution for NaNbO$$_3$$, but degraded in that for AgNbO$$_3$$. The difference of local structures causes different successive phase transitions for the Nb-related perovskite materials.

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