名大ら，レーザ加熱により二価のスズが固溶した酸化物の作製に成功

名古屋大学と村田製作所は共同で，ペロブスカイト型強誘電体に二価のスズを固溶させることに成功した（ニュースリリース）。

ペロブスカイト型構造を有する強誘電体は，電子制御機器のコンデンサなどに欠かせない材料だが，近年自動車などへの応用のために高温でも機能発現する強誘電体の開発が求められている。従来チタン酸鉛を主とする物質が使用されてきたが，環境上の懸念のある鉛を使用しない物質の探索がなされており，二価のスズを代わりに固溶させることが有効であることが理論的に示唆されてきた。

しかし酸化物中ではスズは四価が安定であり，二価のスズを固溶させることは技術的に困難だった。そこで今回，超高圧力下でペロブスカイト型構造の格子定数を制御することで，スズを二価の状態で固溶させることに成功した。

具体的には，酸素の出入りをなくしてスズの価数変化を防ぐために，また，イオン半径の小さいスズをバリウムサイトに置き換えるために，レーザ加熱ダイヤモンドアンビルセル（LH-DAC）を用いたBaTiO-SnO₃の混合粉末の高圧合成によって，格子定数を縮小させてバリウムサイトをスズがほぼ固溶限の5%固溶した（Ba,Sn）TiO₃を合成した。

固溶したスズが二価をとることを証明するには，X線吸収分光などが標準的な測定法として用いられるが，試料サイズが小さいために，小さく絞ることのできる高エネルギー電子を使ってエネルギー損失を測定することが有効となる。しかし，一般にこの手法で測られるスズの吸収エネルギースペクトルは，酸素とチタンのスペクトルに挟まれるために精度良く測定することができなかった。

そこで名古屋大学エコトピア科学研究所新設の超高圧電子顕微鏡と電子エネルギー損失分光器（EELS）を利用して，スペクトルの重なりの無い高エネルギー側の吸収スペクトルを測定し，スズが二価であることを明確に示すことに成功した。3500-4000電子ボルトの領域に現れるこのスズの電子エネルギー損失スペクトルは世界で初めて得られたもの。

この成果によって基礎・応用両面での新しい展開が期待される。また，超高圧電子顕微鏡（UHV-STEM）と電子エネルギー損失分光法（EELS）の組み合わせによって，X線吸収分光法が適用しにくい，サイズが小さく異相が混合しているスズ酸化物試料の，スズの価数を簡便かつ明確に測定する手法を確立した。研究グループは，現在世界にはUHV-TEM/EELSは三台しかなく，超高圧電子顕微鏡の新たな効果的応用の道を拓いた点においても，一つのマイルストーンだとしている。