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Nanoscale structural analysis of ferroelectrics using pair distribution function

2体相関分布関数を用いた強誘電体のナノスケール構造解析

米田 安宏   

Yoneda, Yasuhiro

強誘電体の高品位化においては、単相試料であるか否かを判別することが重要である。そこで、我々は不純物の検出に従来用いられているX線回折に加えて2体相関分布関数(PDF)を使うことによって微量な偏析相の検出法の開発を行った。BaTiO$$_3$$-BiFeO$$_3$$固溶体の場合、X線回折パターンでは菱面体晶構造単相でフィットすることができるため、試料は単相のように思われた。しかし、得られた回折パターンからPDFを算出すると、平均構造から計算される菱面体晶構造由来の成分だけでなく、BaTiO$$_3$$の成分が混入しており、偏析が起こっていることが判明した。このように通常のX線回折に加えてPDFを併用することでナノスケールオーダーの微小な偏析相の検出が可能になるため、試料の質に関する詳細な情報が得られる。

It is important to determine whether a sample is a single phase or not in order to improve the quality of ferroelectrics. Therefore, we have succeeded in developing a detection method for trace amounts of segregated phases by using two-body correlation distribution function (PDF) in addition to X-ray diffraction, which has been conventionally used to detect impurities. In the X-ray diffraction pattern of the BaTiO$$_3$$-BiFeO$$_3$$ solid solution, it appears as a single phase with a rhombohedral structure. However, when the PDF was calculated from the obtained diffraction pattern, it was found that not only the component derived from the rhombohedral crystal structure calculated from the average structure but also the BaTiO$$_3$$ component was mixed and segregated. By using PDF in this way, it has become possible to detect fine segregation phases on the order of nanoscale.

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