課題番号 ：S-19-MS-1080
利用形態 ：機器利用
利用課題名（日本語） ：層状強誘電体酸化物Sr2Nb2O7の低温結晶構造解析
Program Title (English) ：Low-temperature crystal structure analysis of layered ferroelectric oxide Sr2Nb2O7
利用者名（日本語） ：村山萌珠, 外山望, 漆原大典, 浅香透
Username (English) ：M. Murayama, N. Toyama, D. Urushihara T. Asaka
所属名（日本語） ：名古屋工業大学
Affiliation (English) ：Nagoya Institute of Technology

１．概要（Summary ）
Sr2Nb2O7は室温で強誘電性を示す酸化物である[1]。その基本的な結晶構造はいわゆる層状ペロブスカイト型構造であり、室温での空間群はCmc21と報告されている[2]。また、488 Kから60 Kの間で基本構造に加えてインコメンシュレートな変調構造を有することが知られている[3]。誘電性に関しては約1600 Kにキュリー点をもち、~100 Kから1600 Kの間では上記の空間群から期待されるように電気分極の方向はc軸に平行である。100 K付近で誘電率の異常が観測されており、100 K以下ではb軸方向にも電気分極成分が生じると報告されている[4]。しかしながら、この方向への分極は室温での空間群Cmc21では説明がつかない。このことから、100 Kより低温での結晶構造が重要となるが、これまでのところその詳細については明らかになっていない。そこで本研究ではSr2Nb2O7の低温結晶構造を単結晶X線回折により調べた。

２．実験（Experimental）
Sr2Nb2O7の多結晶試料をSrCO3とNb2O5の焼成温度1150℃での固相反応により合成した。また、得られた多結晶試料を1650℃で融解した後、5℃/hで冷却することで単結晶試料を得た。50 Kから300 Kの温度範囲で分子科学研究所所有の微小結晶用単結晶X線回折計（Rigaku HyPix-AFC）により回折実験を実施し、精密構造解析を行った。

３．結果と考察（Results and Discussion）
室温での単結晶X線回折測定ではインコメンシュレートな変調構造の存在を表す衛星反射が観測された。衛星反射を考慮して結晶構造を検討したところ超空間群Cmc21(α00)0s0で表される構造を持つことが分かった。
低温では100 K付近で格子定数に不連続な変化が観測された。更に100 K以下では、Cmc21(α00)0s0の消滅測則を破る禁制反射が観測された。このことから、100 K付近での誘電率の異常は構造相転移に伴って生じたと考えられる。構造解析の結果から、点群mm2から点群mに対称性が変化することで、b軸方向への自発分極成分が現れることが示唆された。

４．その他・特記事項（Others）
【参考文献】
[1] S. Nakamatsu et al., J. Phys. Soc. Jpn. 30, 800 (1971).
[2] N. Ishizawa et al., Acta Cryst. B 31, 1912 (1975).
[3] N. Yamamoto et al., J. Phys. Soc. Jpn. 48, 185 (1980).
[4] Y. Akishige et al., J. Phys. Soc. Jpn. 55, 2270 (1986).
【謝辞】機器利用に際し、分子科学研究所 機器センターの岡野芳則氏に装置取扱説明および実験サポートをしていただきました。ここに謝意を示します。

５．論文・学会発表（Publication/Presentation）
(1) 村山萌珠, 漆原大典, 浅香透, 福田功一郎, 2019年度日本セラミックス協会東海支部学術研究発表会, 令和1年11月30日.

６．関連特許（Patent）
なし