The hysteresis loop of tri-glicine sulfate was measured from room temperature up to Curie Point T_c. The loop was well explained by the simple two dimensional model, using the result of J. Janta\u27s calculation. For the high field amplitude E_o, the coersive field E_c was shown by the relation E_c ∝ E_o^γ, and γ was not depend on the temperature T. The activation field of domain wall motion was proportional to (T_c-T).硫酸グリシンの履歴曲線を室温からキュリー点T_cまで測定した。履歴曲線はJ.Jantaの計算結果を使うと，単純な2次元モデルでよく説明される。大きな振巾E_oに対しては，抗電場E_cは，E_c∝E_0^7の関係であらわされ，そしてγは温度Tによらない。分域壁移動の活性化電場は(Tc-T)に比例する

中谷 訓幸

University of Toyama Repository

149 硫酸グリシ ン の分極反転中 ノi、/1=1' ヨn幸Polarization Reversal of Tri-glicine Sulfate Noriyuki NAKAT ANI The hysteresis loop of tri-glicine sulfate was measured from room temperature up to Curie Point Tc. The loOp was well explained by the simple two dimensional model， using the result of J. Janta's calculation. For the high field amplitude Eo， the coersive field Ec was shown by the relation Eccx:Eor， and r was not depend on the temperature T. The activation field of domain wall motion was proporti叩al to CTc-T). 硫酸グリシンの履歴曲線を室温からキュリF点Tcまで、測定した。履歴曲線 は J. Jantaの計算結果を使うと，単純な2次元モデノレでよく説明される。大きな振巾Eoに対しては， 抗電場 E cは， Ecは E : の 関係であらわ され， そして7は温度Tによらないわ分城壁移動の活性化電場は(Tc-T)に比例する。1. 緒 雪 の単結晶を徐冷法(3)によりキュリー点(T c= 49.7'C)強誘電体の分極反転の機構は(1)一般に 「分域核生成 以下の温度で作製し， まず無歪切断によって b 軸(強(nucleation) J←→ 「縦方向(電場方向)成長(fo- 誘電軸〉方向に細長い棒状部分を切り出し， これからrward growth) Jー→ 「横方向成長(sideways gro- さらに 「へき開」によって b軸に垂直な薄板を つ くwth) Jの 3段階より成るとみられて おり， 個々の段 る。(TGSは b面がへき開面である。)試料表面の階を特徴づける量の電場・温度依存性に対してい く つ 状態による差異を確認するため b面はへき関したままかの実験がなされてい る。一部の特定の場合を除いて の試料と， ア/レミナ粉末(粒度0 .3叫によって研摩し分極反転の動的直接観察は実験的に非常に困難である たものとの 2種類を作製した。そして b面に金を真空ため， 通常は試料に電場を加えて反転電流を測定し， 蒸着して電極とした。それから間接的に反転機構を解明する方法がと られて 試料の温度制御は恒温水糟で行い， 銅・ コンスタンいる。も ちろんでき るだけ単純な波形の電場(たとえ タン熱電対で試料温度 を 測 定 した。履歴曲線の観測ば立上りの鋭い矩形波)を加えて反転電流を測定した はSawyer-Tov.er 回路(4) を使用した。引加電圧は印方が， 上で、述べた 3段階をそれぞれ分離して論ず るこ Hzの正弦波である。とがより容易になるが， この場合には相当の実験技術を要する。できれば正弦波を加えたときの， いわ ゆる履歴曲線の形 状から分極反転機構が解明でき るものならば実験的に単純である。 J. Janta(2J は 「縦方向成長」を無視した場合の単純な2次元のモテソレで， 正弦波を加えた場合の履歴曲線の形状を計算したが， この結果を硫酸グリシンの履歴曲線と対応させたとこ ろ，かなり正確 にこの単純なモテソレで、説明できることがわかったので， その結果を報告する。2. 実験方法と実験結果硫酸グリシンC T G S : (NH2CH2 COOH) a・H2S04) 図-11 50 P E 図2図- 1 はTGSの履歴曲線の一例で、あ るが， この形状を特徴づける量とし て， 図-2 に示した PS およびEc を振巾E。の函数とし て測定した。P， 3 1500 (唱U\Q孔)ぷ「里、ニ。〉)u凶州500 。。 3 4 5 E. (KV/c・)図 3o U B 2000 20 ‘0.1 0.2 0.5 Eo (KV/cm) 図-4図-3， 図-4 にその結果を示したが PSはE。が十分大きけれ ば完全に飽和し ていることがわか り， この値を 「自発分極」の値と考えることはほぼ正し いと思われる。し かしEcの方はE。ととも に大きくな るので， いわゆる「抗電場」乙し て Ec をとる場合， 明らか に振巾 E。 の値を(実際 に は引加電圧の周波数も )指定する必要があ る。図←4 によれ ば PSが飽和するような十分大きなE。に対し てEooc:Eor の 関係が成り立ち， r� 0.32 (1/3 に非常に近い)である。温度Tをノ《ラメータ{とし てEcとE。の関係を示したのが図 5であ る。当然のことながら Ec はキュリー点に近づくにつれて小さくな るが， 傾きT は温度によら ずほぼ一定で 0. 3 0�0.33の値をと る。1000 0.5 10 2 5 E， (KV!cm) 10 図- 5なお， 試料表面の研摩したものと， へき開したままのものとの聞にははっき りした差異は認めら れず， 上にあげた結果はほとんど共通し て成り立つことが確認された。3. 単純な2次元モデルとJ . Jantaの計算結果単分域 にな っ てい る強誘電体の分極が反転するように逆向きの電場を加えると， まず反転した分極をもっ分域 「核」が生成され， この核は縦方向に成長し て両方の電極間を貫ぬいた針状の分域を形成する。これらがさら に横方向に成長して試料全体をおお っ て分極反転が完了する。151 以上が強誘電体の分極反転のあら ましで あ る が ， 定とすれ ばnucleation site は試料に固有の もので あ「核」の縦方向の成長速度は横方向 に拡が る速度 に比 り， その分布密度は温度によ って 変化Lないと い う結べて非常に大きいので， 核は生成されたそのときから 論になる。なおToyoda et al(5)は50Hzの正弦波でr=両電極聞を貫ぬいた針 状のものと仮定すれば， 横方向 0.4-0.5を報告してい る。成長すなわち円柱の半径の増大のみを考えれ ばよ いこ 図-5 に おいてキュ【リー点 に近づく につれて Ec-と になる。さらに核の生成確率は電場 によらず一定で は小さく な ってゆく が， 図-6と比較して αを計算しあるとし， 電場の加える前から 半径一→日の針状の核 た結果が図-7 である。これから activation field はCnuc1eation site)が常に一定の数だけ 存在する もの .4T= Tc-T にほぼ比例することがわかる。 order-と仮定す る。これが分極反転の単純な2次元モデJレで diω，rder tYpe の強誘電相転移をするTG S におい てある。 は分域壁移動のための actiuation field は， 理想的にこのよ うな仮定のもとで， J. Janta はE=Eosin叫 はordering parameter の値 によ って 決まるのではなの外部電場を加え たときの分極Pの変化を計算した。 いかと思われるが， このよう にゆ: .4Tに比例することこのときnuc1eation site の数を単位面積当りn個とし は意味深いことと言える。 ordering parameter と横方向成長速度の電場依存性は domain wall motionとの 定量的な関連は現在検討中v=V∞expCーα/E) である。とした。 ここでα は分域壁を動かすためのactivationfield と考えら れる量である。 J . Janta はω およびE。によ る履歴曲線の変化を計算したが， ここで 関連のある結果の一部を図-6 に示す。�10 / ----------10 図-6日。/。この計算結果より， 十分大きなE。に対してEc= αEoT が成り立っこc'<'がわかる。ただしrはバラメ戸P' -ð= V司、/日んによっ て 定ま り.一方αlìactivation field α によってき まる量である。4. 実験結果の考察図-4・図-5の結果を図-6と比較すれ ば， まずこの単純化された 2次元毛デルがほぼ 定性 的に正しいことがわかる。そして 直線部分の傾きTが 温度によらず一定C r'=70.30-0.33) であることから パラメ戸ターV∞ ×、In弓6，800- 7，700/sec となる。通常 v=1主数10- 数100cm/sec と考えられてい るから nuc1eationsiteの密度は 102 -104/cm2 となる。しかも結晶の表面状態による差異はあまり認め られないので， v∞ がー自ιJ 令d{ 。h v' r匂2000 1000 .20 1 2 5 10 20 LlT=T，-T ('cl 図-75. 結 論(1) TG S の履歴曲線は， J .Jantaの計算した単純な2次元モデノレでほぼ説明される。(2) 電場が十分 に大きければEcは E; が成り立つ。rは温度にほとんどよらない。(3) しかもこのときP.は完全に飽和するので， このP .の値を自発分極の値と考えてよいであろう。(4) v∞× 、Iniは室温からキュリ{点 までほ とんど変化しない。しかも試料の表面状態によ って も顕152 著な差 は無い。(5)分域壁のsideways mo tion の activation fieldはキュリ[点との温度差L1T=Tc-T にほぼ比例する。なお， この単純な 2次元モデルがTGSの場合 に厳密 に成り立っ てい るかどうかを確認するため に は， 履歴曲線の周波数依存性あるい は矩形波バノレスによる反転電流(日の実験値を計算値と比較する必要があ り， さらに はそこで得 られたV∞・n・α 等の値の妥当性を 理論的 に 導き出さね ばな らないが， こ れらの点につい ては現在計画中であ る。(日本物理学会・応用物理学会北陸支部合同講演会(昭和45年1 2月12日) にて発表。)1) 分伝反転の総合報告として中村輝大郎:日本物理学会誌16(1961 ) 232 2) J. Janta: J. Phys. Soc. Jappón �8 (19701 Suppl. P. 340 31 田中陽 ー， 和久茂:応用物理27 (1958) 561 41 C. B. Sawyer and C. H. Tower: Phys. Rev. 35 (1930、2695) H. Toyoda et la : J. Phys. Soc. Jappan 14什959) 109 61 K. Husirni: J. Phys. Soc. Jappan 28 '1970) Suppl. P. 337 、

Polarization Reversal of Tri-glicine Sulfate

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