(57)【要約】  本発明は、新しいマルチフェロイック材料に関する。より特定的には、本発明は、新しいマルチフェロイック単相セラミック材料、さらにはこの材料から形成される薄膜、この材料の調製方法、ならびに電子部品およびデバイスにおけるマルチフェロイック材料としてのその使用に関する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
モルフォトロピック相境界と磁性カチオンの連続パーコレートネットワークとを含む単相セラミック材料。
【請求項２】
モルフォトロピック相境界を含む前記セラミック材料が強誘電性であり、かつ前記磁性カチオンが、前記材料に強磁性を付与するのに十分な量で存在する、請求項１に記載の単相セラミック材料。
【請求項３】
前記材料が２４３Ｋ〜４７３Ｋの温度でマルチフェロイックである、請求項１または請求項２に記載の単相材料。
【請求項４】
前記材料が２７３Ｋ〜３７０Ｋの温度でマルチフェロイックである、請求項１または請求項２に記載の単相材料。
【請求項５】
前記材料が、以下の式（Ｉ）：
（１−ｘ）ＬＭａ（１−ｙ）／２ＦｅｙＭｇ（１−ｙ）／２Ｏ３−ｘＱ
（Ｉ）
（式中、
ｘは、０．０１〜０．４の範囲内の値であり、
ｙは、０．０１〜０．９の範囲内の値であり、
Ｌは、Ｂｉ、Ｌａ、Ｃｅ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｐｍ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｙｂ、Ｌｕ、またはＹから選択され、
Ｍａは、ＴｉまたはＨｆまたはＺｒから選択され、かつ
Ｑは、
（ｉ）式：
ＲＭｂＯ３
（ここで、
Ｒは、Ｃａ、Ｓｒ、またはＢａから選択され、かつ
Ｍｂは、ＴｉまたはＨｆまたはＺｒから選択される）
の基、または
（ｉｉ）以下：
［ＢｉＭｄＯ３］ｑ［Ｂｉ（Ｍｅ）ｒ（Ｍｆ）（１−ｒ）Ｏ３］（１−ｑ）、ＣａＺｒＯ３、ＳｒＺｒＯ３、ＢａＺｒＯ３、ＫＮｂＯ３、ＮａＮｂＯ３、Ｃａ２ＦｅＮｂＯ６、ＰｂＺｒ１−ｐＴｉｐＯ３、ＬｎＳｃＯ３、ＬｎＧａＯ３、またはＬｎ２ＴｉＭｃＯ６
（ここで、
Ｌｎは、Ｌａ、Ｃｅ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｐｍ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｙｂ、Ｌｕ、またはＹから選択され、
ｐは、０〜１の範囲内の値であり、
ｑは、０〜１の範囲内の値であり、
ｒは、０〜１の範囲内の値であり、
Ｍｃは、Ｍｇ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｍｎ、Ｃｏ、Ｆｅ、またはＺｎから選択され、
Ｍｄは、Ｆｅ、Ｍｎ、Ｃｒから選択され、かつ
ＭｅおよびＭｆは、次のもの、すなわち、Ｚｎ、Ｔｉ、Ｓｎ、Ｍｇ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｗ、Ｌｉ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｆｅ、Ｃｒ、またはＭｎの１つ以上から独立して選択される）
の１つ以上から選択される基、
である）
に示される組成を有する、請求項１〜４のいずれか一項に記載の単相セラミック材料。
【請求項６】
前記材料が、以下に示される構造（Ｉａ）：
（１−ｘ）ＢｉＭａ（１−ｙ）／２ＦｅｙＭｇ（１−ｙ）／２Ｏ３−ｘＲＭｂＯ３
（Ｉａ）
（式中、
ｘは、０．０１〜０．４であり、
ｙは、０．０１〜０．９であり、
Ｒは、ＣａまたはＳｒから選択され、かつ
ＭａおよびＭｂは、それぞれ、ＺｒまたはＴｉから独立して選択される）
を有する、請求項５に記載の単相セラミック材料。
【請求項７】
ＭａがＴｉである、請求項５または請求項６に記載の単相セラミック材料。
【請求項８】
ＭｂがＴｉである、請求項５〜７のいずれか一項に記載の単相セラミック材料。
【請求項９】
ＲがＣａである、請求項５〜８のいずれか一項に記載の単相セラミック材料。
【請求項１０】
ｘが０．０５〜０．２０である、請求項５〜９のいずれか一項に記載の単相セラミック材料。
【請求項１１】
ｘが０．１５である、請求項５〜１０のいずれか一項に記載の単相セラミック材料。
【請求項１２】
ｙが０．６〜０．９である、請求項５〜１１のいずれか一項に記載の単相セラミック材料。
【請求項１３】
ｙが０．７５〜０．８５である、請求項５〜１２のいずれか一項に記載の単相セラミック材料。
【請求項１４】
前記単相セラミック材料が２４３Ｋ〜４７３Ｋの温度でマルチフェロイックである、請求項５〜１３のいずれか一項に記載の単相セラミック材料。
【請求項１５】
前記単相セラミック材料が２９３Ｋ〜３７０Ｋの温度でマルチフェロイックである、請求項５〜１４のいずれか一項に記載の単相セラミック材料。
【請求項１６】
（ｉ）請求項５〜１５のいずれか一項に記載の式Ｉの単相セラミック材料と、
（ｉｉ）以下：
ＢｉＴｉ３／８Ｆｅ２／８Ｎｉ３／８Ｏ３、ＢｉＭｄＯ３、ＢｉＭｅＭｆＯ３、ＣａＺｒＯ３、ＳｒＺｒＯ３、ＢａＺｒＯ３、ＫＮｂＯ３、ＮａＮｂＯ３、Ｃａ２ＦｅＮｂＯ６、ＬｎＳｃＯ３、ＬｎＧａＯ３、またはＬｎＴｉＭｃＯ６
（式中、
Ｌｎは、Ｌａ、Ｃｅ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｐｍ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｙｂ、Ｌｕ、またはＹから選択され、
ｐは、０〜１の範囲内の値であり、
Ｍｃは、Ｍｇ、Ｎｉ、Ｃｕ、またはＺｎから選択され、
Ｍｄは、Ｆｅ、Ｍｎ、Ｃｒから選択され、かつ
ＭｅおよびＭｆは、次のもの、すなわち、Ｚｎ、Ｔｉ、Ｓｎ、Ｍｇ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｗ、Ｌｉ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｆｅ、Ｃｒ、またはＭｎの１つ以上から独立して選択される）
の１つ以上から任意選択的に選択されるさらなる材料と、
を含む単相セラミック材料。
【請求項１７】
請求項１〜１６のいずれか一項に記載の単相セラミック材料の調製プロセスであって、セラミック材料のモルフォトロピック相境界内に磁性カチオンの連続パーコレートネットワークを形成可能な材料の存在下でモルフォトロピック相境界を含む単相セラミック材料を形成可能な材料を焼結する工程を含むプロセス。
【請求項１８】
（ｉ）以下に示される式Ａ〜Ｅ：
Ｌ２Ｏ３  式Ａ
ＲＣＯ３  式Ｂ
Ｆｅ２Ｏ３  式Ｃ
ＭａＯ２  式Ｄ
ＭｂＯ２  式Ｅ
（式中、Ｌ、Ｒ、Ｍａ、およびＭｂは、請求項５、７、または９のいずれか一項に記載の通りである）
の材料と、
式Ｆ：
ＭｇＣＯ３・Ｍｇ（ＯＨ）２・ｚＨ２Ｏ
式Ｆ
（式中、ｚは、０〜５の整数である）
の材料と、
を好適な有機溶媒の存在下で組み合わせてミル処理（たとえばボールミル処理）する工程と、
（ｉｉ）前記有機溶媒を蒸発させて得られた粉末をプレスしてペレットを形成する工程と、
（ｉｉｉ）前記ペレットを１回以上仮焼する工程と、
（ｉｖ）バインダーおよびＭｎＯ２の存在下で前記粉末を任意選択的に焼結する工程と、
を含む、請求項５〜１６のいずれか一項に記載の単相セラミック材料の形成プロセス。
【請求項１９】
工程（ｉ）の有機溶媒がエタノールである、請求項１８に記載のプロセス。
【請求項２０】
工程（ｉｉｉ）の仮焼が１１９０Ｋ〜１２５０Ｋの温度で行われる、請求項１８または１９に記載のプロセス。
【請求項２１】
工程（ｉｖ）のバインダーがポリビニルブチラールである、請求項１８〜２０のいずれか一項に記載のプロセス。
【請求項２２】
請求項１〜１６のいずれか一項に記載の単相セラミック材料から形成される薄膜。
【請求項２３】
請求項１〜１６のいずれか一項に記載の単相セラミック材料の薄膜を基材上に堆積する工程を含む、請求項２２に記載の薄膜の形成プロセス。
【請求項２４】
前記薄膜を堆積するプロセスが、パルス層堆積（ＰＬＤ）、原子層堆積（ＡＬＤ）、化学気相堆積（ＣＶＤ）、または物理気相堆積（ＰＶＤ）から選択される、請求項２３に記載の薄膜の形成プロセス。
【請求項２５】
請求項１〜１６のいずれか一項に記載の単相セラミック材料または請求項２２に記載の薄膜を含む電子部品。
【請求項２６】
前記電子部品が、メモリーデバイス、トンネル接合、磁界センサー、トランスミッター、レシーバー、トランスミッター−レシーバーモジュール、フェーズアレイシステム、またはレゾネーターから選択される、請求項２５に記載の電子部品。
【請求項２７】
前記メモリーデバイスが、ＭＲＡＭ、ＦＥＲＡＭ、またはＭＥＲＡＭから選択される、請求項２６に記載のメモリーデバイス。
【請求項２８】
請求項２５または請求項２６に記載の電子部品を含む電子デバイス。
【請求項２９】
前記電子デバイスがチューナブルマイクロ波デバイス（たとえば、アテニュエーター、バンドバスフィルター、またはフェーズシフター）である、請求項２８に記載の電子デバイス。
【請求項３０】
電子部品における請求項１〜１６のいずれか一項に記載の単相セラミック材料または請求項２２に記載の薄膜の使用。
【請求項３１】
前記単相セラミック材料が２７３Ｋ〜４７３Ｋの温度でマルチフェロイックである、請求項３０に記載の単相セラミック材料の使用。
【請求項３２】
前記単相セラミック材料が２９３Ｋ〜３７０Ｋの温度でマルチフェロイックである、請求項３０に記載の単相セラミック材料の使用。
【請求項３３】
前記電子部品が、メモリーデバイス、トンネル接合または磁界センサー、トランスミッター、レシーバー、トランスミッター−レシーバーモジュール、フェーズアレイシステム、またはレゾネーターから選択される、請求項３０〜３２のいずれか一項に記載の単相セラミック材料の使用。
【請求項３４】
マルチフェロイック体としての請求項１〜１６のいずれか一項に記載の単相セラミック材料または請求項２２に記載の薄膜の使用。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、新しいマルチフェロイック材料に関する。より特定的には、本発明は、新しいマルチフェロイック単相セラミック材料、さらにはこの材料から形成される薄膜、この材料の調製方法、ならびに電子部品およびデバイスにおけるマルチフェロイック材料としてのその使用に関する。
【背景技術】
【０００２】
強誘電体（ＦＥ）は、キュリー温度（ＴＣＥ）未満で自発分極を有する電気分極性材料であり、強誘電性材料の分極は外部電界に応じて切替え可能である。同様に、強磁性体は、キュリー温度（ＴＣＥ）未満で誘導磁化を有し、強磁性材料の磁化は外部磁界に応じて切替え可能である。
【０００３】
強誘電性および強磁性のフィールド駆動スイッチングは、それぞれ、強誘電体ランダムアクセスメモリー（ＦＥＲＡＭ）デバイスおよび磁気ランダムアクセスメモリー（ＭＲＡＭ）デバイスの根底をなす［１〜３］。両デバイスは不揮発性であり、従来のランダムアクセスメモリーデバイス（ＲＡＭ）よりも優れた利点を有する。
【０００４】
ＦＥＲＡＭは、従来のＲＡＭよりも速い書込み性能を提供し、一方、ＭＲＡＭは、非破壊磁気読取りを提供する［４］。
【０００５】
しかしながら、ＦＥＲＡＭおよびＭＲＡＭの本格的な商品化は、これらのデバイスが抱えるある特定の欠点により制約を受けてきた。ＦＥＲＡＭは、記憶密度が低いという問題を抱え、一方、ＭＲＡＭは、書込みエネルギー消費量が多いという問題を抱える［４］。
【０００６】
単相で磁化および誘電分極の両方を呈する材料は、マルチフェロイック材料または磁気電気材料と呼ばれる。
【０００７】
外部電界による磁気モーメントの誘導または磁界による分極の誘導は、磁気電気効果として知られており、マルチフェロイック材料の性質である。磁気電気効果の使用は、磁界センサー［５、６］、磁気電気ＭＲＡＭ（ＭＥ−ＭＲＡＭ）［７］、マイクロ波デバイス［８］などの多くの用途で提案されてきた。
【０００８】
強誘電性および強磁性（または反強磁性）は、異なる電子構造要件を有するので、通常、単相材料では共存しない。強誘電性の従来の機構は、閉殻ｄ０またはｓ２カチオンを含むが、強磁性秩序は、不対電子を有する開殻ｄｎ配置を必要とする［９］。こうした基本的な違いがあるため、２つの双極子の長距離秩序を組み合わせて室温で空間反転および時間反転の対称性を同時に破ることは困難になっていた［１０］。
【０００９】
しかしながら、ＡＢＯ３ペロブスカイトＢｉＦｅＯ３などの単相材料で両秩序を生成可能な設計経路が存在する。しかしながら、ＢｉＦｅＯ３は、サイクロイド磁気秩序化に起因して弱強磁性および線形磁気電気結合を阻害するので、商業的に有用でない。
【００１０】
磁気電気結合が強いマルチフェロイック材料では、分極または磁化は磁界または電界に応じて切替え可能であろう。したがって、ＦＥＲＡＭおよびＭＲＡＭの欠点は、好適なマルチフェロイック材料を利用すれば回避可能であるので、低エネルギー強誘電体書込みおよび非破壊磁気読取りを達成可能である［１１］。
【００１１】
残念ながら、長距離秩序化された切替え可能な分極および磁化を室温で示す報告された単相バルク材料は現時点では存在していない［１２］。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
したがって、向上した磁気電気性を呈する新しい改善された単相材料の必要性が残っている。
【００１３】
とくに、電子デバイスの典型的な動作温度範囲にわたり（たとえば室温で）磁気電気効果を呈する新しい改善された単相材料の必要性が存在する。
【００１４】
そのほかに、当技術分野で公知の薄膜堆積技術を用いてマルチフェロイック薄膜として容易に形成可能な材料の必要性が存在する。かかる薄膜は、たとえばＭＲＡＭ部品、ＦＥＲＡＭ部品、ＭＥＲＡＭ部品などの多種多様な電子部品に組込み可能である。
【００１５】
本発明は以上のことを踏まえて考案された。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
実用的な動作温度範囲にわたり（たとえば室温さらには０〜２００℃または−４０〜２００℃の温度範囲で）マルチフェロイック性を呈する強誘電性強磁性磁気電気マルチフェロイック体の材料を得ることは、重要な課題である。これを達成するために、磁気に必要とされる開殻カチオンの存在下で電気分極を切り替えるのに十分な電界の印加を可能にする電気絶縁性を所望の温度（たとえば室温）で材料内に維持することが必要である。
【００１７】
本発明者らは、驚くべきことに、モルフォトロピック相境界と磁性カチオンの連続パーコレートネットワークとを含む単相セラミック材料でマルチフェロイック材料を形成可能であることを見いだした。異なる電気分極方向を有する２つの極性相間のモルフォトロピック相境界は、たとえばＰｂＺｒ１−ｘＴｉｘＯ３（ＰＺＴ）の場合のように優れた強誘電性スイッチングの性質をもたらすものとしてセラミック材料科学分野で十分に確立されている。しかしながら、磁性カチオンの連続パーコレートネットワークを提供する足場としてのモルフォトロピック相境界の使用は、マルチフェロイック材料の新規な設計方法となる。本発明者らは、この設計方法を利用することにより典型的な動作温度で（たとえば室温で）マルチフェロイック性を呈する単相セラミック材料を形成可能であることを見いだした。
【００１８】
それゆえ、本発明の第１の態様によれば、モルフォトロピック相境界と磁性カチオンの連続パーコレートネットワークとを含む単相セラミック材料が提供される。
【００１９】
本発明の特定の態様では、以下に示される式（Ｉ）：
（１−ｘ）ＬＭａ（１−ｙ）／２ＦｅｙＭｇ（１−ｙ）／２Ｏ３−ｘＱ
（Ｉ）
（式中、
ｘは、０．０１〜０．４の範囲内の値であり、
ｙは、０．０１〜０．９の範囲内の値であり、
Ｌは、Ｂｉ、Ｌａ、Ｃｅ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｐｍ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｙｂ、Ｌｕ、またはＹから選択され、
Ｍａは、ＴｉまたはＨｆまたはＺｒから選択され、かつ
Ｑは、
（ｉ）式：
ＲＭｂＯ３
（ここで、
Ｒは、Ｃａ、Ｓｒ、またはＢａから選択され、かつ
Ｍｂは、Ｔｉ、Ｈｆ、またはＺｒから選択される）
の基、または
（ｉｉ）以下：
［ＢｉＭｄＯ３］ｑ［Ｂｉ（Ｍｅ）ｒ（Ｍｆ）（１−ｒ）Ｏ３］（１−ｑ）、ＣａＺｒＯ３、ＳｒＺｒＯ３、ＢａＺｒＯ３、ＫＮｂＯ３、ＮａＮｂＯ３、Ｃａ２ＦｅＮｂＯ６、ＰｂＺｒ１−ｐＴｉｐＯ３、ＬｎＳｃＯ３、ＬｎＧａＯ３、またはＬｎ２ＴｉＭｃＯ６
（ここで、
Ｌｎは、Ｌａ、Ｃｅ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｐｍ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｙｂ、Ｌｕ、またはＹから選択され、
ｐは、０〜１の範囲内の値であり、
ｑは、０〜１の範囲内の値であり、
ｒは、０〜１の範囲内の値であり、
Ｍｃは、Ｍｇ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｍｎ、Ｃｏ、Ｆｅ、またはＺｎから選択され、
Ｍｄは、Ｆｅ、Ｍｎ、Ｃｒから選択され、かつ
ＭｅおよびＭｆは、次のもの、すなわち、Ｚｎ、Ｔｉ、Ｓｎ、Ｍｇ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｗ、Ｌｉ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｆｅ、Ｃｒ、またはＭｎの１つ以上から独立して選択される）
の１つ以上から選択される基、
である）
の単相セラミック材料が提供される。
【００２０】
さらなる態様では、本発明は、
（ｉ）本明細書に定義される式Ｉの単相セラミック材料と、
（ｉｉ）以下：
［ＢｉＭｄＯ３］ｑ［Ｂｉ（Ｍｅ）ｒ（Ｍｆ）（１−ｒ）Ｏ３］（１−ｑ）、ＣａＺｒＯ３、ＳｒＺｒＯ３、ＢａＺｒＯ３、ＫＮｂＯ３、ＮａＮｂＯ３、Ｃａ２ＦｅＮｂＯ６、ＰｂＺｒ１−ｐＴｉｐＯ３、ＬｎＳｃＯ３、ＬｎＧａＯ３、またはＬｎ２ＴｉＭｃＯ６
（式中、Ｌｎ、ｐ、ｑ、ｒ、Ｍｃ、Ｍｄ、Ｍｅ、およびＭｆは、それぞれ、本明細書に定義される通りである）
の１つ以上から任意選択的に選択されるさらなる材料と、
を含む単相セラミック材料を提供する。
【００２１】
他の態様では、本発明は、本明細書に定義される単相セラミック材料の調製プロセスを提供する。前記プロセスは、セラミック材料のモルフォトロピック相境界内に磁性カチオンの連続パーコレートネットワークを形成可能な材料の存在下でモルフォトロピック相境界を含む単相セラミック材料を形成する工程を含む。
【００２２】
特定の態様では、本発明は、本明細書に定義される式（Ｉ）の単相セラミック材料を形成するプロセスを提供する。このプロセスは、
（ｉ）以下に示される式Ａ〜Ｅ：
Ｌ２Ｏ３  式Ａ
ＲＣＯ３  式Ｂ
Ｆｅ２Ｏ３  式Ｃ
ＭａＯ２  式Ｄ
ＭｂＯ２  式Ｅ
（式中、Ｌ、Ｒ、Ｍａ、およびＭｂは、それぞれ、以上に定義される通りである）
の材料と、
式Ｆ：
ＭｇＷ・ｚＨ２Ｏ            式Ｆ
（式中、ｚは０〜５の範囲内であり、かつＷはＣＯ３・Ｍｇ（ＯＨ）２またはＯから選択される）
の材料と、
を好適な有機溶媒の存在下で組み合わせてミル処理（たとえばボールミル処理）する工程と、
（ｉｉ）有機溶媒を蒸発させて得られた粉末をプレスしてペレットを形成する工程と、
（ｉｉｉ）ペレットを１回以上仮焼する工程と、
（ｉｖ）添加剤およびＭｎＯ２の存在下で任意選択的に焼結する工程と、
を含む。
【００２３】
他の態様では、本発明は、本明細書に定義されるプロセスにより得ることができる、そのプロセスにより得られる、またはそのプロセスにより直接得られる本明細書に定義される単相セラミック材料を提供する。
【００２４】
他の態様では、本発明は、本明細書に定義される単相セラミック材料から形成される薄膜を提供する。
【００２５】
他の態様では、本発明は、本明細書に定義される薄膜の形成プロセスを提供する。このプロセスは、本明細書に定義される単相セラミック材料の薄膜を好適な支持体上に堆積する工程を含む。本発明の実施形態では、本明細書に定義される単相セラミック材料の薄膜の堆積は、パルス層堆積（ＰＬＤ）、原子層堆積（ＡＬＤ）、化学気相堆積（ＣＶＤ）、分子ビームエピタキシー（ＭＢＥ）、スパッタリング、または物理気相堆積（ＰＶＤ）から選択されるプロセスによる。
【００２６】
他の態様では、本発明は、本明細書に定義される単相セラミック材料または本明細書に定義される単相セラミック材料の薄膜を含む電子部品を提供する。実施形態では、電子部品は、メモリーデバイス、トンネル接合、磁界センサー、トランスミッター、レシーバー、トランスミッター−レシーバーモジュール、フェーズアレイシステム、またはレゾネーターからなる群から選択される。
【００２７】
他の態様では、本発明は、本明細書に定義される電子部品を含む電子デバイスを提供する。実施形態では、電子デバイスは、チューナブルマイクロ波デバイス（たとえば、アテニュエーター、バンドバスフィルター、またはフェーズシフター）からなる群から選択される。
【００２８】
本発明の他の実施形態では、マルチフェロイック体としての本明細書に定義される単相セラミック材料の使用が提供される。
【００２９】
本発明の他の実施形態では、本明細書に定義される電子部品における本明細書に定義される単相セラミック材料の使用が提供される。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】図１は、実施例１〜６（それぞれボトムトレースからトップトレースへ）のＸ線回折パターンを示す。
【図２】図２は、（ｆ）単一Ｒ３ｃユニットセル、（ｇ）Ｒ３ｃおよびＰｎａ２１の重畳ユニットセル、ならびに（ｈ）単一単斜晶系Ｐａユニットセルを用いて実施例４のＰＸＲＤデータへのポーリー当てはめを示す。
【図３】図３は、強誘電性を確認する実施例１、４、および６の室温Ｐ（Ｅ）測定を示す。
【図４】図４は、実施例４の磁気等温線を示す。
【図５】図５は、（ａ）室温における実施例４の線形ＭＥ効果ならびに（ｂ）ＴＮ＝３７０Ｋを示す実施例４のＴによる線形ＭＥおよび磁化の変動を示す。
【図６】図６は、（ａ）実施例１（黒）および実施例４（赤）の誘電率（左軸）および誘電損失（右軸）ならびに（ｂ）４７３Ｋにおける強誘電性スイッチングを示す実施例４のＰ（Ｅ）ループを示す。
【発明を実施するための形態】
【００３１】
定義
とくに明記されていない限り、本明細書および特許請求の範囲で用いられる下記の用語は、以下に定められる下記の意味を有する。
【００３２】
本明細書では、とくに明記されていない限り、「マルチフェロイック」という用語は、強磁性と強誘電性とを同時に有する材料を意味する。
【００３３】
本明細書では、「単相セラミック材料」とは、単相または固溶体として存在する、金属および非金属の化合物から作製される無機非金属材料を意味する。すなわち、この材料は、１つの均一構造と実質的に均一な物理的性質とを有する。
【００３４】
本明細書では、「モルフォトロピック相境界」とは、材料の組成または機械的圧力の変化の結果としての種々の異なる強誘電相間の相転移を意味する。モルフォトロピック相境界に近づくと、材料の結晶構造が変化し、かつ材料の誘電的および電気機械的な性質が最大化する傾向がある。
【００３５】
本明細書では、「固溶体」とは、２種以上の元素または材料が共通の結晶格子を共有する均一結晶構造を意味する。固溶体では、最も豊富な原子形態または材料は「溶媒」と呼ばれ、それほど豊富でない原子形態または材料は「溶質」と呼ばれる。典型的には、「溶質」を添加しても「溶媒」の結晶構造は不変のままである。
【００３６】
本明細書では、「キュリー温度」とは、材料の永久磁気が誘導磁気に変化する温度および／もしくは材料の自発電気分極が誘導電気分極に変化する温度またはそれらの逆に変化する温度を意味する。
【００３７】
本明細書では、「ネール温度」とは、反強磁性材料が常磁性になる温度を意味する。この用語は、反強磁性キュリー温度であるとみなしうる。
【００３８】
「磁性カチオンの連続パーコレートネットワーク」とは、モルフォトロピック相境界全体に分布した相互接続ネットワークを磁性カチオンにより形成することを意味する。
【００３９】
本明細書では、「ペロブスカイト」とは、一般化学量論式ＡＢＸ３（式中、「Ａ」および「Ｂ」はカチオンであり、かつ「Ｘ」はアニオンである）を有する任意の材料の結晶構造を意味する。「ペロブスカイト」という用語は、鉱物ＣａＴｉＯ３に与えられた名称に由来する。典型的には、ペロブスカイト構造では、コーナー共有ＢＯ６八面体の三次元ネットワークにより形成されるホールをＡカチオンが占有して、Ａカチオンは１２酸素配位となりＢカチオンは６酸素配位となる。理想的なペロブスカイトの対称性は立方晶系（たとえばＳｒＴｉＯ３）であるが、この構造は、化学組成、温度、および圧力に依存して多くの低対称形を呈する（たとえば、ＣａＴｉＯ３は斜方晶系である）。
【００４０】
本明細書では、「仮焼」とは、物理組成または化学組成のなんらかの変化を引き起こす目的で酸素または空気の存在下で材料または物質を加熱に付すプロセスを意味する。仮焼は、通常、（ｉ）水の除去、（ｉｉ）ＣＯ２および他の揮発性物質の除去、または（ｉｉｉ）物質の一部もしくは全部の酸化、のいずれかのために行われる。
【００４１】
本明細書では、「ミル処理」とは、たとえばボールミルを用いて材料を微細粉末に粉砕するプロセスを意味する。
【００４２】
本明細書では、「焼結」とは、材料の溶融を引き起こすことなく熱および／または圧力を用いて材料の固体塊の緻密化または形成を行うプロセスを意味する。
【００４３】
本明細書では、「薄膜」とは、典型的には材料または基材の表面上に堆積されたナノメートル〜マイクロメートルの範囲内の厚さを有する高純度材料の薄層を意味する。薄膜は、当技術分野で公知の任意の好適な堆積技術により堆積しうる。
【００４４】
本明細書では、「スパッタリング」とは、放出された材料がシリコンウエハなどの第２の「基材」材料上に堆積されるように高エネルギー粒子の衝撃によりターゲット材料から材料（原子）を放出させるプロセスを意味する。
【００４５】
所与の組成物の特定の成分の量または濃度が重量パーセント（ｗｔ％または％ｗ／ｗ）で特定される場合、前記重量パーセントは、組成物全体の全重量を基準にした前記成分の重量パーセントを意味する。組成物のすべての成分の重量パーセントの和が合計１００ｗｔ％になることは、当業者であれば理解されよう。しかしながら、すべての成分が列挙されているとは限らない場合（たとえば、組成物が１つ以上の特定の成分を「含む」と記されている場合）、重量パーセントの残部を不特定成分（たとえば、水などの希釈剤または本質的ではないが好適な他の添加剤）により任意選択的に構成して１００ｗｔ％としうる。
【００４６】
本発明の材料
一態様では、本発明は、モルフォトロピック相境界と磁性カチオンの連続パーコレートネットワークとを含む単相セラミック材料を提供する。
【００４７】
実施形態では、本発明の単相セラミック材料は、モルフォトロピック相境界と磁性カチオンの連続パーコレートネットワークとから本質的になる。
【００４８】
さらなる実施形態では、本発明の単相セラミック材料は、モルフォトロピック相境界と磁性カチオンの連続パーコレートネットワークとからなる。
【００４９】
好適には、モルフォトロピック相境界を含むセラミック材料は強誘電性であり、かつ磁性カチオンは、材料に強磁性を付与するのに十分な量で存在する。
【００５０】
他の実施形態では、単相セラミック材料は５μＣ／ｃｍ２超の電子分極を有する。好適には、単相セラミック材料は１０μＣ／ｃｍ２超の電子分極を有する。最も好適には、単相セラミック材料は１５μＣ／ｃｍ２超の電子分極を有する。
【００５１】
他の実施形態では、単相セラミック材料は実質的に鉛フリーである。
【００５２】
実施形態では、本明細書に定義される単相セラミック材料は２７３Ｋ〜４７３Ｋまたは２４３Ｋ〜４７３Ｋの温度でマルチフェロイックである。他の実施形態では、単相セラミック材料は２７３Ｋ〜４７３Ｋの温度でマルチフェロイックである。他の実施形態では、単相セラミック材料は２７３Ｋ〜３７０Ｋの温度でマルチフェロイックである。さらに他の実施形態では、単相セラミック材料は２９３Ｋ〜３７０Ｋの温度でマルチフェロイックである。またさらに他の実施形態では、単相セラミック材料は２９３Ｋ〜３２３Ｋの温度でマルチフェロイックである。
【００５３】
さらなる実施形態では、単相セラミック材料は２４３Ｋ超の温度でマルチフェロイックである。
【００５４】
さらなる実施形態では、単相セラミック材料は２７３Ｋ超の温度でマルチフェロイックである。好適には、単相セラミック材料は２９３Ｋ超の温度でマルチフェロイックである。
【００５５】
好適には、単相セラミック材料は、以下に示される式（Ｉ）：
（１−ｘ）ＬＭａ（１−ｙ）／２ＦｅｙＭｇ（１−ｙ）／２Ｏ３−ｘＱ
（Ｉ）
（式中、
ｘは、０．０１〜０．４の範囲内の値であり、
ｙは、０．０１〜０．９の範囲内の値であり、
Ｌは、Ｂｉ、Ｌａ、Ｃｅ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｐｍ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｙｂ、Ｌｕ、またはＹから選択され、
Ｍａは、ＴｉまたはＺｒから選択され、かつ
Ｑは、
（ｉ）式：
ＲＭｂＯ３
（ここで、
Ｒは、Ｃａ、Ｓｒ、またはＢａから選択され、かつ
Ｍｂは、Ｔｉ、Ｈｆ、またはＺｒから選択される）
の基、
（ｉｉ）以下：
［ＢｉＭｄＯ３］ｑ［Ｂｉ（Ｍｅ）ｒ（Ｍｆ）（１−ｒ）Ｏ３］（１−ｑ）、ＣａＺｒＯ３、ＳｒＺｒＯ３、ＢａＺｒＯ３、ＫＮｂＯ３、ＮａＮｂＯ３、Ｃａ２ＦｅＮｂＯ６、ＰｂＺｒ１−ｐＴｉｐＯ３、ＬｎＳｃＯ３、ＬｎＧａＯ３、またはＬｎ２ＴｉＭｃＯ６
（ここで、
Ｌｎは、Ｌａ、Ｃｅ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｐｍ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｙｂ、Ｌｕ、またはＹから選択され、
ｐは、０〜１の範囲内の値であり、
ｑは、０〜１の範囲内の値であり、
ｒは、０〜１の範囲内の値であり、
Ｍｃは、Ｍｇ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｍｎ、Ｃｏ、Ｆｅ、またはＺｎから選択され、
Ｍｄは、Ｆｅ、Ｍｎ、Ｃｒから選択され、かつ
ＭｅおよびＭｆは、次のもの、すなわち、Ｚｎ、Ｔｉ、Ｓｎ、Ｍｇ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｗ、Ｌｉ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｆｅ、Ｃｒ、またはＭｎの１つ以上から独立して選択される）
の１つ以上から選択される基、
である）
の材料である。
【００５６】
本発明の特定の材料は、たとえば、式（Ｉ）の材料を含む。ただし、とくに明記されていない限り、Ｌ、Ｑ、Ｒ、Ｍａ、Ｍｂ、ｘ、ｙ、および任意の関連置換基のそれぞれは、以上に定義される意味のいずれかを有するか、または以下の項目（１）〜（４０）のいずれか１つに定義される通りである。
（１）Ｌは、Ｂｉ、Ｌａ、Ｃｅ、Ｎｄ、Ｇｄ、Ｔｍ、Ｙｂ、Ｌｕ、またはＹから選択される。
（２）Ｌは、Ｂｉ、Ｌａ、Ｎｄ、またはＹから選択される。
（３）Ｌは、Ｂｉである。
（４）Ｑは、
（ｉ）式：
ＲＭｂＯ３
（式中、
Ｒは、Ｃａ、Ｓｒ、またはＢａから選択され、かつ
Ｍｂは、Ｔｉ、Ｈｆ、またはＺｒから選択される）
の基、
（ｉｉ）以下：
［ＢｉＭｄＯ３］ｑ［Ｂｉ（Ｍｅ）ｒ（Ｍｆ）（１−ｒ）Ｏ３］（１−ｑ）、ＣａＺｒＯ３、ＳｒＺｒＯ３、ＢａＺｒＯ３、ＫＮｂＯ３、ＮａＮｂＯ３、Ｃａ２ＦｅＮｂＯ６、ＬｎＳｃＯ３、ＬｎＧａＯ３、またはＬｎ２ＴｉＭｃＯ６
（式中、
Ｌｎは、Ｌａ、Ｃｅ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｐｍ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｙｂ、Ｌｕ、またはＹから選択され、
ｑは、０〜１の範囲内の値であり、
ｒは、０〜１の範囲内の値であり、
Ｍｃは、Ｍｇ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｍｎ、Ｃｏ、Ｆｅ、またはＺｎから選択され、
Ｍｄは、Ｆｅ、Ｍｎ、Ｃｒから選択され、かつ
ＭｅおよびＭｆは、次のもの、すなわち、Ｚｎ、Ｔｉ、Ｓｎ、Ｍｇ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｗ、Ｌｉ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｆｅ、Ｃｒ、またはＭｎの１つ以上から独立して選択される）
の１つ以上から選択される基、
である。
（５）Ｑは、
（ｉ）式：
ＲＭｂＯ３
（式中、
Ｒは、Ｃａ、Ｓｒ、またはＢａから選択され、かつ
Ｍｂは、Ｔｉ、Ｈｆ、またはＺｒから選択される）
の基、
（ｉｉ）以下：
［ＢｉＭｄＯ３］ｑ［Ｂｉ（Ｍｅ）ｒ（Ｍｆ）（１−ｒ）Ｏ３］（１−ｑ）、ＣａＺｒＯ３、ＳｒＺｒＯ３、ＢａＺｒＯ３、ＫＮｂＯ３、ＮａＮｂＯ３、Ｃａ２ＦｅＮｂＯ６、ＬｎＳｃＯ３、ＬｎＧａＯ３、またはＬｎ２ＴｉＭｃＯ６
（式中、
Ｌｎは、Ｌａ、Ｃｅ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｐｍ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｙｂ、Ｌｕ、またはＹから選択され、
ｑは、０〜１の範囲内の値であり、
ｒは、０〜１の範囲内の値であり、
Ｍｃは、Ｍｇ、Ｎｉ、Ｃｕ、またはＺｎから選択され、
Ｍｄは、Ｆｅ、Ｍｎ、Ｃｒから選択され、かつ
ＭｅおよびＭｆは、次のもの、すなわち、Ｚｎ、Ｔｉ、Ｓｎ、Ｍｇ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｗ、Ｌｉ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｆｅ、Ｃｒ、またはＭｎの１つ以上から独立して選択される）
の１つ以上から選択される基、
である。
（６）Ｑは、
（ｉ）式：
ＲＭｂＯ３
（式中、
Ｒは、Ｃａ、Ｓｒ、またはＢａから選択され、かつ
Ｍｂは、Ｔｉ、Ｈｆ、またはＺｒから選択される）
の基、
（ｉｉ）以下：
［ＢｉＭｄＯ３］ｑ［Ｂｉ（Ｍｅ）ｒ（Ｍｆ）（１−ｒ）Ｏ３］（１−ｑ）、ＣａＺｒＯ３、ＳｒＺｒＯ３、ＢａＺｒＯ３、ＫＮｂＯ３、ＮａＮｂＯ３、Ｃａ２ＦｅＮｂＯ６、ＬｎＳｃＯ３、ＬｎＧａＯ３、またはＬｎ２ＴｉＭｃＯ６
（式中、
Ｌｎは、Ｌａ、Ｃｅ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｐｍ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｙｂ、Ｌｕ、またはＹから選択され、
ｑは、０〜１の範囲内の値であり、
ｒは、０〜１の範囲内の値であり、
Ｍｃは、Ｍｇ、Ｎｉ、Ｃｕ、またはＺｎから選択され、
Ｍｄは、ＦｅまたはＣｒから選択され、かつ
ＭｅおよびＭｆは、次のもの、すなわち、Ｚｎ、Ｔｉ、Ｓｎ、Ｍｇ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｗ、Ｌｉ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｆｅ、Ｃｒ、またはＭｎの１つ以上から独立して選択される）
の１つ以上から選択される基、
である。
（７）Ｑは、
（ｉ）式：
ＲＭｂＯ３
（式中、
Ｒは、Ｃａ、Ｓｒ、またはＢａから選択され、かつ
Ｍｂは、Ｔｉ、Ｈｆ、またはＺｒから選択される）
の基、
（ｉｉ）以下：
［ＢｉＭｄＯ３］ｑ［Ｂｉ（Ｍｅ）ｒ（Ｍｆ）（１−ｒ）Ｏ３］（１−ｑ）、ＣａＺｒＯ３、ＳｒＺｒＯ３、ＢａＺｒＯ３、ＫＮｂＯ３、ＮａＮｂＯ３、Ｃａ２ＦｅＮｂＯ６、ＬｎＳｃＯ３、ＬｎＧａＯ３、またはＬｎ２ＴｉＭｃＯ６
（式中、
Ｌｎは、Ｌａ、Ｃｅ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｐｍ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｙｂ、Ｌｕ、またはＹから選択され、
ｑは、０〜１の範囲内の値であり、
ｒは、０〜１の範囲内の値であり、
Ｍｃは、Ｍｇ、Ｎｉ、Ｃｕ、またはＺｎから選択され、
Ｍｄは、ＦｅまたはＣｒから選択され、かつ
ＭｅおよびＭｆは、次のもの、すなわち、Ｚｎ、Ｔｉ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｆｅ、Ｃｒ、またはＭｎの１つ以上から独立して選択される）
の１つ以上から選択される基、
である。
（８）Ｑは、
（ｉ）式：
ＲＭｂＯ３
（式中、
Ｒは、Ｃａ、Ｓｒ、またはＢａから選択され、かつ
Ｍｂは、Ｔｉ、Ｈｆ、またはＺｒから選択される）
の基、
（ｉｉ）以下：
［ＢｉＭｄＯ３］ｑ［Ｂｉ（Ｍｅ）ｒ（Ｍｆ）（１−ｒ）Ｏ３］（１−ｑ）、ＣａＺｒＯ３、ＳｒＺｒＯ３、ＢａＺｒＯ３、ＫＮｂＯ３、ＮａＮｂＯ３、Ｃａ２ＦｅＮｂＯ６、ＬｎＳｃＯ３、ＬｎＧａＯ３、またはＬｎ２ＴｉＭｃＯ６
（式中、
Ｌｎは、Ｌａ、Ｃｅ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｐｍ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｙｂ、Ｌｕ、またはＹから選択され、
ｑは、０〜１の範囲内の値であり、
ｒは、０〜１の範囲内の値であり、
Ｍｃは、Ｍｇ、Ｎｉ、Ｃｕ、またはＺｎから選択され、
Ｍｄは、Ｆｅであり、かつ
ＭｅおよびＭｆは、次のもの、すなわち、Ｚｎ、Ｔｉ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｆｅ、Ｃｒ、またはＭｎの１つ以上から独立して選択される）
の１つ以上から選択される基、
である。
（９）Ｑは、
（ｉ）式：
ＲＭｂＯ３
（式中、
Ｒは、Ｃａ、Ｓｒ、またはＢａから選択され、かつ
Ｍｂは、Ｔｉ、Ｈｆ、またはＺｒから選択される）
の基、
（ｉｉ）以下：
［ＢｉＭｄＯ３］ｑ［Ｂｉ（Ｍｅ）ｒ（Ｍｆ）（１−ｒ）Ｏ３］（１−ｑ）、ＣａＺｒＯ３、ＳｒＺｒＯ３、ＢａＺｒＯ３、ＫＮｂＯ３、ＮａＮｂＯ３、Ｃａ２ＦｅＮｂＯ６、ＬｎＳｃＯ３、ＬｎＧａＯ３、またはＬｎ２ＴｉＭｃＯ６
（式中、
Ｌｎは、Ｌａ、Ｃｅ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｐｍ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｙｂ、Ｌｕ、またはＹから選択され、
ｑは、０〜１の範囲内の値であり、
ｒは、０〜１の範囲内の値であり、
Ｍｃは、Ｍｇ、Ｎｉ、Ｃｕ、またはＺｎから選択され、
Ｍｄは、Ｆｅであり、かつ
ＭｅおよびＭｆは、次のもの、すなわち、Ｚｎ、Ｔｉ、Ｎｉ、またはＣｒの１つ以上から独立して選択される）
の１つ以上から選択される基、
である。
（１０）Ｑは、
（ｉ）式：
ＲＭｂＯ３
（式中、
Ｒは、Ｃａ、Ｓｒ、またはＢａから選択され、かつ
Ｍｂは、Ｔｉ、Ｈｆ、またはＺｒから選択される）
の基、
（ｉｉ）以下：
［ＢｉＭｄＯ３］ｑ［Ｂｉ（Ｍｅ）ｒ（Ｍｆ）（１−ｒ）Ｏ３］（１−ｑ）、ＣａＺｒＯ３、ＳｒＺｒＯ３、ＢａＺｒＯ３、ＫＮｂＯ３、ＮａＮｂＯ３、Ｃａ２ＦｅＮｂＯ６、ＬｎＳｃＯ３、ＬｎＧａＯ３、またはＬｎ２ＴｉＭｃＯ６
（式中、
Ｌｎは、Ｌａ、Ｃｅ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｐｍ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｙｂ、Ｌｕ、またはＹから選択され、
ｑは、０〜１の範囲内の値であり、
ｒは、０〜１の範囲内の値であり、
Ｍｃは、Ｍｇ、Ｎｉ、Ｃｕ、またはＺｎから選択され、
Ｍｄは、Ｆｅであり、かつ
ＭｅおよびＭｆは、次のもの、すなわち、ＴｉまたはＮｉの１つ以上から独立して選択される）
の１つ以上から選択される基、
である。
（１１）Ｑは、
（ｉ）式：
ＲＭｂＯ３
（式中、
Ｒは、Ｃａ、Ｓｒ、またはＢａから選択され、かつ
Ｍｂは、Ｔｉ、Ｈｆ、またはＺｒから選択される）
の基、
（ｉｉ）以下：
［ＢｉＭｄＯ３］ｑ［Ｂｉ（Ｍｅ）ｒ（Ｍｆ）（１−ｒ）Ｏ３］（１−ｑ）、ＣａＺｒＯ３、ＳｒＺｒＯ３、ＢａＺｒＯ３、ＫＮｂＯ３、ＮａＮｂＯ３、Ｃａ２ＦｅＮｂＯ６、ＬｎＳｃＯ３、ＬｎＧａＯ３、またはＬｎ２ＴｉＭｃＯ６
（式中、
Ｌｎは、Ｌａ、Ｃｅ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｐｍ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｙｂ、Ｌｕ、またはＹから選択され、
ｑは、０〜１の範囲内の値であり、
ｒは、０〜１の範囲内の値であり、
Ｍｃは、ＭｇまたはＣｕから選択され、
Ｍｄは、Ｆｅであり、かつ
ＭｅおよびＭｆは、次のもの、すなわち、ＴｉまたはＮｉの１つ以上から独立して選択される）
の１つ以上から選択される基、
である。
（１２）Ｑは、
（ｉ）式：
ＲＭｂＯ３
（式中、
Ｒは、Ｃａ、Ｓｒ、またはＢａから選択され、かつ
Ｍｂは、Ｔｉ、Ｈｆ、またはＺｒから選択される）
の基、
（ｉｉ）以下：
［ＢｉＭｄＯ３］ｑ［Ｂｉ（Ｍｅ）ｒ（Ｍｆ）（１−ｒ）Ｏ３］（１−ｑ）、ＣａＺｒＯ３、ＳｒＺｒＯ３、ＢａＺｒＯ３、ＫＮｂＯ３、ＮａＮｂＯ３、Ｃａ２ＦｅＮｂＯ６、ＬｎＳｃＯ３、ＬｎＧａＯ３、またはＬｎ２ＴｉＭｃＯ６
（式中、
Ｌｎは、Ｌａ、Ｃｅ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｐｍ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｙｂ、Ｌｕ、またはＹから選択され、
ｑは、０〜１の範囲内の値であり、
ｒは、０．２５〜０．７５の範囲内の値であり、
Ｍｃは、ＭｇまたはＣｕから選択され、
Ｍｄは、Ｆｅであり、かつ
ＭｅおよびＭｆは、次のもの、すなわち、ＴｉまたはＮｉの１つ以上から独立して選択される）
の１つ以上から選択される基、
である。
（１３）Ｑは、
（ｉ）式：
ＲＭｂＯ３
（式中、
Ｒは、Ｃａ、Ｓｒ、またはＢａから選択され、かつ
Ｍｂは、Ｔｉ、Ｈｆ、またはＺｒから選択される）
の基、
（ｉｉ）以下：
［ＢｉＭｄＯ３］ｑ［Ｂｉ（Ｍｅ）ｒ（Ｍｆ）（１−ｒ）Ｏ３］（１−ｑ）、ＣａＺｒＯ３、ＳｒＺｒＯ３、ＢａＺｒＯ３、ＫＮｂＯ３、ＮａＮｂＯ３、Ｃａ２ＦｅＮｂＯ６、ＬｎＳｃＯ３、ＬｎＧａＯ３、またはＬｎ２ＴｉＭｃＯ６
（式中、
Ｌｎは、Ｌａ、Ｃｅ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｐｍ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｙｂ、Ｌｕ、またはＹから選択され、
ｑは、０．２５であり、
ｒは、０．２５〜０．７５の範囲内の値であり、
Ｍｃは、ＭｇまたはＣｕから選択され、
Ｍｄは、Ｆｅであり、かつ
ＭｅおよびＭｆは、次のもの、すなわち、ＴｉまたはＮｉの１つ以上から独立して選択される）
の１つ以上から選択される基、
である。
（１４）Ｑは、
（ｉ）式：
ＲＭｂＯ３
（式中、
Ｒは、Ｃａ、Ｓｒ、またはＢａから選択され、かつ
Ｍｂは、Ｔｉ、Ｈｆ、またはＺｒから選択される）
の基、
（ｉｉ）以下：
［ＢｉＭｄＯ３］ｑ［Ｂｉ（Ｍｅ）ｒ（Ｍｆ）（１−ｒ）Ｏ３］（１−ｑ）、ＣａＺｒＯ３、ＳｒＺｒＯ３、ＢａＺｒＯ３、ＫＮｂＯ３、ＮａＮｂＯ３、Ｃａ２ＦｅＮｂＯ６、ＬｎＳｃＯ３、ＬｎＧａＯ３、またはＬｎ２ＴｉＭｃＯ６
（式中、
Ｌｎは、Ｌａ、Ｃｅ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｐｍ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｙｂ、Ｌｕ、またはＹから選択され、
ｑは、０〜１の範囲内の値であり、
ｒは、０．５であり、
Ｍｃは、ＭｇまたはＣｕから選択され、
Ｍｄは、Ｆｅであり、かつ
ＭｅおよびＭｆは、次のもの、すなわち、ＴｉまたはＮｉの１つ以上から独立して選択される）
の１つ以上から選択される基、
である。
（１５）Ｑは、
（ｉ）式：
ＲＭｂＯ３
（式中、
Ｒは、Ｃａ、Ｓｒ、またはＢａから選択され、かつ
Ｍｂは、Ｔｉ、Ｈｆ、またはＺｒから選択される）
の基、
（ｉｉ）以下：
［ＢｉＭｄＯ３］ｑ［Ｂｉ（Ｍｅ）ｒ（Ｍｆ）（１−ｒ）Ｏ３］（１−ｑ）、ＣａＺｒＯ３、ＳｒＺｒＯ３、ＢａＺｒＯ３、ＫＮｂＯ３、ＮａＮｂＯ３、Ｃａ２ＦｅＮｂＯ６、ＬｎＳｃＯ３、ＬｎＧａＯ３、またはＬｎ２ＴｉＭｃＯ６
（式中、
Ｌｎは、Ｌａ、Ｃｅ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｐｍ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｙｂ、Ｌｕ、またはＹから選択され、
ｑは、０．２〜０．５の範囲内の値であり、
ｒは、０．５であり、
Ｍｃは、ＭｇまたはＣｕから選択され、
Ｍｄは、Ｆｅであり、かつ
ＭｅおよびＭｆは、次のもの、すなわち、ＴｉまたはＮｉの１つ以上から独立して選択される）
の１つ以上から選択される基、
である。
（１６）Ｑは、
（ｉ）式：
ＲＭｂＯ３
（式中、
Ｒは、Ｃａ、Ｓｒ、またはＢａから選択され、かつ
Ｍｂは、Ｔｉ、Ｈｆ、またはＺｒから選択される）
の基、
（ｉｉ）以下：
ＢｉＴｉ３／８Ｆｅ２／８Ｎｉ３／８Ｏ３、ＣａＺｒＯ３、ＳｒＺｒＯ３、ＢａＺｒＯ３、ＫＮｂＯ３、ＮａＮｂＯ３、Ｃａ２ＦｅＮｂＯ６、ＬｎＳｃＯ３、ＬｎＧａＯ３、またはＬｎ２ＴｉＭｃＯ６（式中、Ｌｎは、Ｌａ、Ｃｅ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｐｍ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｙｂ、Ｌｕ、またはＹから選択される）
の１つ以上から選択される基、
である。
（１７）Ｑは、
（ｉ）式：
ＲＭｂＯ３
（式中、
Ｒは、Ｃａ、Ｓｒ、またはＢａから選択され、かつ
Ｍｂは、Ｔｉ、Ｈｆ、またはＺｒから選択される）
の基、または
（ｉｉ）以下：
ＢｉＴｉ３／８Ｆｅ２／８Ｎｉ３／８Ｏ３、ＣａＺｒＯ３、ＮａＮｂＯ３、Ｃａ２ＦｅＮｂＯ６、ＬｎＳｃＯ３、ＬｎＧａＯ３、またはＬｎ２ＴｉＭｃＯ６（式中、Ｌｎは、Ｌａ、Ｃｅ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｐｍ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｙｂ、Ｌｕ、またはＹから選択され、かつＭｃは、Ｍｇ、Ｎｉ、Ｃｕ、またはＺｎから選択される）
の１つ以上から選択される基、
である。
（１８）Ｑは、
（ｉ）式：
ＲＭｂＯ３
（式中、
Ｒは、Ｃａ、Ｓｒ、またはＢａから選択され、かつ
Ｍｂは、Ｔｉ、Ｈｆ、またはＺｒから選択される）
の基、または
（ｉｉ）以下：
ＢｉＴｉ３／８Ｆｅ２／８Ｎｉ３／８Ｏ３、ＣａＺｒＯ３、ＮａＮｂＯ３、Ｃａ２ＦｅＮｂＯ６、ＬｎＳｃＯ３、ＬｎＧａＯ３、またはＬｎＴｉＭｃＯ６（式中、Ｌｎは、Ｂｉ、Ｌａ、Ｎｄ、またはＹから選択され、かつＭｃは、Ｍｇ、Ｎｉ、Ｃｕ、またはＺｎから選択される）
の１つ以上から選択される基、
である。
（１９）Ｑは、
（ｉ）式：
ＲＭｂＯ３
（式中、
Ｒは、Ｃａ、Ｓｒ、またはＢａから選択され、かつ
Ｍｂは、Ｔｉ、Ｈｆ、またはＺｒから選択される）
の基、または
（ｉｉ）以下：
ＢｉＴｉ３／８Ｆｅ２／８Ｎｉ３／８Ｏ３、ＣａＺｒＯ３、ＮａＮｂＯ３、Ｃａ２ＦｅＮｂＯ６、ＬｎＳｃＯ３、ＬｎＧａＯ３、またはＬｎＴｉＭｃＯ６（式中、Ｌｎは、Ｌａ、Ｃｅ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｐｍ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｙｂ、Ｌｕ、またはＹから選択され、かつＭｃは、ＭｇまたはＣｕから選択される）
の１つ以上から選択される基、
である。
（２０）Ｑは、
（ｉ）式：
ＲＭｂＯ３
（式中、
Ｒは、Ｃａ、Ｓｒ、またはＢａから選択され、かつ
Ｍｂは、Ｔｉ、Ｈｆ、またはＺｒから選択される）
の基、または
（ｉｉ）以下：
ＢｉＴｉ３／８Ｆｅ２／８Ｎｉ３／８Ｏ３、ＣａＺｒＯ３、ＮａＮｂＯ３、Ｃａ２ＦｅＮｂＯ６、ＬｎＳｃＯ３、ＬｎＧａＯ３、またはＬｎＴｉＭｃＯ６（式中、Ｌｎは、Ｂｉ、Ｌａ、Ｎｄ、またはＹから選択され、かつＭｃは、ＭｇまたはＣｕから選択される）
の１つ以上から選択される基、
である。
（２１）Ｑは、
（ｉ）式：
ＲＭｂＯ３
（式中、
Ｒは、Ｃａ、Ｓｒ、またはＢａから選択され、かつ
Ｍｂは、Ｔｉ、Ｈｆ、またはＺｒから選択される）
の基、または
（ｉｉ）以下：
ＢｉＴｉ３／８Ｆｅ２／８Ｎｉ３／８Ｏ３、ＣａＺｒＯ３、ＮａＮｂＯ３、またはＣａ２ＦｅＮｂＯ６
の１つ以上から選択される基、
である。
（２２）Ｑは、以上の項目（４）〜（２１）のいずれか１つに定義される式ＲＭｂＯ３の基である。
（２３）Ｑは、ＣａＴｉＯ３である。
（２４）Ｒは、ＣａまたはＳｒである。
（２５）Ｒは、ＣａまたはＨｆである。
（２６）Ｒは、Ｃａである。
（２７）Ｍａは、Ｔｉである。
（２８）Ｍｂは、ＴｉまたはＨｆである。
（２９）Ｍｂは、ＴｉまたはＺｒである。
（３０）Ｍｂは、Ｔｉである。
（３１）ｘは、０．０１〜０．２５である。
（３２）ｘは、０．０５〜０．２０である。
（３３）ｘは、０．０８〜０．１８である。
（３４）ｘは、０．１〜０．１６である。
（３５）ｘは、０．１５である。
（３６）ｙは、０．１〜０．９である。
（３７）ｙは、０．３〜０．９である。
（３８）ｙは、０．５〜０．９である。
（３９）ｙは、０．６〜０．９である。
（４０）ｙは、０．７５〜０．８５である。
【００５７】
式（Ｉ）の材料の実施形態では、
Ｌは、以上の項目（１）〜（３）のいずれか１つに定義される通りであり、
Ｑは、以上の項目（４）〜（２３）のいずれか１つに定義される通りであり、
Ｒは、以上の項目（２４）〜（２６）のいずれかに定義される通りであり、
Ｍａは、以上の項目（２７）に定義される通りであり、
Ｍｂは、以上の項目（２８）〜（３０）のいずれかに定義される通りであり、
ｘは、以上の項目（３１）〜（３５）のいずれか１つに定義される通りであり、かつ
ｙは、以上の項目（３６）〜（４０）のいずれか１つに定義される通りである。
【００５８】
式（Ｉ）の材料の実施形態では、
Ｌは、以上の項目（３）に定義される通りであり、
Ｑは、以上の項目（４）〜（２３）のいずれか１つに定義される通りであり、
Ｒは、以上の項目（２４）〜（２６）のいずれかに定義される通りであり、
Ｍａは、以上の項目（２７）に定義される通りであり、
Ｍｂは、以上の項目（３０）に定義される通りであり、
ｘは、以上の項目（３１）〜（３５）のいずれか１つに定義される通りであり、かつ
ｙは、以上の項目（３６）または（４０）のいずれか１つに定義される通りである。
【００５９】
式（Ｉ）の材料の実施形態では、
Ｌは、以上の項目（３）に定義される通りであり、
Ｑは、以上の項目（１０）〜（２３）のいずれか１つに定義される通りであり、
Ｒは、以上の項目（２６）に定義される通りであり、
Ｍａは、以上の項目（２７）に定義される通りであり、
Ｍｂは、以上の項目（３０）のいずれかに定義される通りであり、
ｘは、以上の項目（３１）または（３５）のいずれかに定義される通りであり、かつ
ｙは、以上の項目（３６）または（４０）のいずれかに定義される通りである。
【００６０】
式（Ｉ）の材料の実施形態では、
Ｌは、以上の項目（３）に定義される通りであり、
Ｑは、以上の項目（１６）〜（２３）のいずれか１つに定義される通りであり、
Ｒは、以上の項目（２６）に定義される通りであり、
Ｍａは、以上の項目（２７）に定義される通りであり、
Ｍｂは、以上の項目（３０）のいずれかに定義される通りであり、
ｘは、以上の項目（３１）または（３５）のいずれかに定義される通りであり、かつ
ｙは、以上の項目（３６）または（４０）のいずれかに定義される通りである。
【００６１】
式（Ｉ）の材料の実施形態では、
Ｌは、以上の項目（３）に定義される通りであり、
Ｑは、以上の項目（１６）〜（２３）のいずれか１つに定義される通りであり、
Ｒは、以上の項目（２６）に定義される通りであり、
Ｍａは、以上の項目（２７）に定義される通りであり、
Ｍｂは、以上の項目（３０）のいずれかに定義される通りであり、
ｘは、以上の項目（３３）または（３５）のいずれかに定義される通りであり、かつ
ｙは、以上の項目（３７）または（４０）のいずれかに定義され通りである。
【００６２】
式（Ｉ）の材料の実施形態では、
Ｌは、以上の項目（３）に定義される通りであり、
Ｑは、以上の項目（２０）〜（２３）のいずれか１つに定義される通りであり、
Ｒは、以上の項目（２６）に定義される通りであり、
Ｍａは、以上の項目（２７）に定義される通りであり、
Ｍｂは、以上の項目（３０）のいずれかに定義される通りであり、
ｘは、以上の項目（３３）または（３５）のいずれかに定義される通りであり、かつ
ｙは、以上の項目（３７）または（４０）のいずれかに定義され通りである。
【００６３】
式（Ｉ）の材料の実施形態では、
Ｌは、以上の項目（３）に定義される通りであり、
Ｑは、以上の項目（２０）〜（２３）のいずれか１つに定義される通りであり、
Ｒは、以上の項目（２６）に定義される通りであり、
Ｍａは、以上の項目（２７）に定義される通りであり、
Ｍｂは、以上の項目（３０）のいずれかに定義される通りであり、
ｘは、以上の項目（３４）または（３５）のいずれかに定義される通りであり、かつ
ｙは、以上の項目（３９）または（４０）のいずれかに定義される通りである。
【００６４】
式（Ｉ）の材料の実施形態では、
Ｌは、以上の項目（３）に定義される通りであり、
Ｑは、以上の項目（２２）〜（２３）のいずれか１つに定義される通りであり、
Ｒは、以上の項目（２６）に定義される通りであり、
Ｍａは、以上の項目（２７）に定義される通りであり、
Ｍｂは、以上の項目（３０）のいずれかに定義される通りであり、
ｘは、以上の項目（３４）または（３５）のいずれかに定義される通りであり、かつ
ｙは、以上の項目（３９）または（４０）のいずれかに定義される通りである。
【００６５】
式（Ｉ）の材料の実施形態では、
Ｌは、以上の項目（３）に定義される通りであり、
Ｑは、以上の項目（２２）〜（２３）のいずれか１つに定義される通りであり、
Ｒは、以上の項目（２６）に定義される通りであり、
Ｍａは、以上の項目（２７）に定義される通りであり、
Ｍｂは、以上の項目（３０）のいずれかに定義される通りであり、
ｘは、以上の項目（３５）に定義される通りであり、かつ
ｙは、以上の項目（３９）または（４０）のいずれかに定義される通りである。
【００６６】
式（Ｉ）の材料の実施形態では、
Ｌは、以上の項目（３）に定義される通りであり、
Ｑは、以上の項目（２３）に定義される通りであり、
Ｒは、以上の項目（２６）に定義される通りであり、
Ｍａは、以上の項目（２７）に定義される通りであり、
Ｍｂは、以上の項目（３０）のいずれかに定義される通りであり、
ｘは、以上の項目（３５）に定義される通りであり、かつ
ｙは、以上の項目（３９）または（４０）のいずれかに定義される通りである。
【００６７】
本発明の特定の材料群では、ＬはＢｉであり、かつＱはＲＭｂＯ３である。すなわち、この化合物は、以下に示される構造式（Ｉａ）［式（Ｉ）のサブ定義］：
（１−ｘ）ＢｉＭａ（１−ｙ）／２ＦｅｙＭｇ（１−ｙ）／２Ｏ３−ｘＲＭｂＯ３
（Ｉａ）
（式中、
ｘは、０．０１〜０．４の範囲内の値であり、
ｙは、０．０１〜０．９の範囲内の値であり、
Ｒは、Ｃａ、Ｓｒ、またはＢａから選択され、かつ
ＭａおよびＭｂは、ＴｉまたはＺｒから独立して選択される）
を有する。
【００６８】
式（Ｉａ）の化合物の実施形態では、
Ｒは、以上の項目（２４）〜（２６）のいずれかに定義される通りであり、
Ｍａは、以上の項目（２７）に定義される通りであり、
Ｍｂは、以上の項目（２８）〜（３０）のいずれかに定義される通りであり、
ｘは、以上の項目（３１）〜（３５）のいずれかに定義される通りであり、かつ
ｙは、以上の項目（３６）〜（４０）のいずれかに定義される通りである。
【００６９】
式（Ｉａ）の化合物の実施形態では、
Ｒは、以上の項目（２６）に定義される通りであり、
Ｍａは、以上の項目（２７）に定義される通りであり、
Ｍｂは、以上の項目（２８）〜（３０）のいずれかに定義される通りであり、
ｘは、以上の項目（３１）〜（３５）のいずれかに定義される通りであり、かつ
ｙは、以上の項目（３６）〜（４０）のいずれかに定義される通りである。
【００７０】
式（Ｉａ）の化合物の実施形態では、
Ｒは、以上の項目（２６）に定義される通りであり、
Ｍａは、以上の項目（２７）に定義される通りであり、
Ｍｂは、以上の項目（２８）に定義される通りであり、
ｘは、以上の項目（３１）〜（３５）のいずれかに定義される通りであり、かつ
ｙは、以上の項目（３６）〜（４０）のいずれかに定義される通りである。
【００７１】
式（Ｉａ）の化合物の実施形態では、
Ｒは、以上の項目（２６）に定義される通りであり、
Ｍａは、以上の項目（２７）に定義される通りであり、
Ｍｂは、以上の項目（２８）に定義される通りであり、
ｘは、以上の項目（３４）〜（３５）のいずれかに定義される通りであり、かつ
ｙは、以上の項目（３８）〜（４０）のいずれかに定義される通りである。
【００７２】
式（Ｉａ）の化合物の実施形態では、
Ｒは、以上の項目（２６）に定義される通りであり、
Ｍａは、以上の項目（２７）に定義される通りであり、
Ｍｂは、以上の項目（２８）に定義される通りであり、
ｘは、以上の項目（３５）に定義される通りであり、かつ
ｙは、以上の項目（３８）〜（４０）のいずれかに定義される通りである。
【００７３】
実施形態では、材料は、以下：
（１−ｘ）ＢｉＴｉ（１−ｙ）／２ＦｅｙＭｇ（１−ｙ）／２Ｏ３−ｘＣａＴｉＯ３（式中、ｘ＝０．１５かつｙ＝０．６）、
（１−ｘ）ＢｉＴｉ（１−ｙ）／２ＦｅｙＭｇ（１−ｙ）／２Ｏ３−ｘＣａＴｉＯ３（式中、ｘ＝０．１５かつｙ＝０．７）、
（１−ｘ）ＢｉＴｉ（１−ｙ）／２ＦｅｙＭｇ（１−ｙ）／２Ｏ３−ｘＣａＴｉＯ３（式中、ｘ＝０．１５かつｙ＝０．７５）、
（１−ｘ）ＢｉＴｉ（１−ｙ）／２ＦｅｙＭｇ（１−ｙ）／２Ｏ３−ｘＣａＴｉＯ３（式中、ｘ＝０．１５かつｙ＝０．８）、
（１−ｘ）ＢｉＴｉ（１−ｙ）／２ＦｅｙＭｇ（１−ｙ）／２Ｏ３−ｘＣａＴｉＯ３（式中、ｘ＝０．１５かつｙ＝０．８５）、
（１−ｘ）ＢｉＴｉ（１−ｙ）／２ＦｅｙＭｇ（１−ｙ）／２Ｏ３−ｘＣａＴｉＯ３（式中、ｘ＝０．１５かつｙ＝０．９）、
のいずれか１つから選択される。
【００７４】
他の実施形態では、本発明は、
（ｉ）本明細書に定義される式（Ｉ）の単相材料と、
（ｉｉ）以下：
［ＢｉＭｄＯ３］ｑ［Ｂｉ（Ｍｅ）ｒ（Ｍｆ）（１−ｒ）Ｏ３］（１−ｑ）、ＣａＺｒＯ３、ＳｒＺｒＯ３、ＢａＺｒＯ３、ＫＮｂＯ３、ＮａＮｂＯ３、Ｃａ２ＦｅＮｂＯ６、ＰｂＺｒ１−ｐＴｉｐＯ３、ＬｎＳｃＯ３、ＬｎＧａＯ３、またはＬｎ２ＴｉＭｃＯ６
（式中、
Ｌｎは、Ｌａ、Ｃｅ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｐｍ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｙｂ、Ｌｕ、またはＹから選択され、
ｐは、０〜１の範囲内の値であり、
ｑは、０〜１の範囲内の値であり、
ｒは、０〜１の範囲内の値であり、
Ｍｃは、Ｍｇ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｍｎ、Ｃｏ、Ｆｅ、またはＺｎから選択され、
Ｍｄは、Ｆｅ、Ｍｎ、Ｃｒから選択され、かつ
ＭｅおよびＭｆは、次のもの、すなわち、Ｚｎ、Ｔｉ、Ｓｎ、Ｍｇ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｗ、Ｌｉ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｆｅ、Ｃｒ、またはＭｎの１つ以上から独立して選択される）
の１つ以上から任意選択的に選択されるさらなる材料と、
を含む／から本質的になる／からなる単相セラミック材料を提供する。
【００７５】
他の実施形態では、本発明は、
（ｉ）本明細書に定義される式（Ｉ）の単相材料と、
（ｉｉ）以下：
［ＢｉＭｄＯ３］ｑ［Ｂｉ（Ｍｅ）ｒ（Ｍｆ）（１−ｒ）Ｏ３］（１−ｑ）、ＣａＺｒＯ３、ＳｒＺｒＯ３、ＢａＺｒＯ３、ＫＮｂＯ３、ＮａＮｂＯ３、Ｃａ２ＦｅＮｂＯ６、ＬｎＳｃＯ３、ＬｎＧａＯ３、またはＬｎ２ＴｉＭｃＯ６
（式中、
Ｌｎは、Ｌａ、Ｃｅ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｐｍ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｙｂ、Ｌｕ、またはＹから選択され、
ｑは、０〜１の範囲内の値であり、
ｒは、０〜１の範囲内の値であり、
Ｍｃは、ＭｇまたはＣｕから選択され、
Ｍｄは、Ｆｅ、Ｍｎ、Ｃｒから選択され、かつ
ＭｅおよびＭｆは、次のもの、すなわち、Ｚｎ、Ｔｉ、Ｓｎ、Ｍｇ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｗ、Ｌｉ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｆｅ、Ｃｒ、またはＭｎの１つ以上から独立して選択される）
の１つ以上から任意選択的に選択されるさらなる材料と、
を含む／から本質的になる／からなる単相セラミック材料を提供する。
【００７６】
他の実施形態では、本発明は、
（ｉ）本明細書に定義される式（Ｉ）の単相材料と、
（ｉｉ）以下：
［ＢｉＭｄＯ３］ｑ［Ｂｉ（Ｍｅ）ｒ（Ｍｆ）（１−ｒ）Ｏ３］（１−ｑ）、ＣａＺｒＯ３、ＳｒＺｒＯ３、ＢａＺｒＯ３、ＫＮｂＯ３、ＮａＮｂＯ３、Ｃａ２ＦｅＮｂＯ６、ＬｎＳｃＯ３、ＬｎＧａＯ３、またはＬｎ２ＴｉＭｃＯ６
（式中、
Ｌｎは、Ｌａ、Ｃｅ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｐｍ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｙｂ、Ｌｕ、またはＹから選択され、
ｑは、０〜１の範囲内の値であり、
ｒは、０〜１の範囲内の値であり、
Ｍｃは、ＭｇまたはＣｕから選択され、
Ｍｄは、Ｆｅであり、かつ
ＭｅおよびＭｆは、次のもの、すなわち、ＴｉまたはＮｉの１つ以上から独立して選択される）
の１つ以上から任意選択的に選択されるさらなる材料と、
を含む／から本質的になる／からなる単相セラミック材料を提供する。
【００７７】
他の実施形態では、本発明は、
（ｉ）本明細書に定義される式（Ｉ）の単相材料と、
（ｉｉ）以下：
ＢｉＴｉ３／８Ｆｅ２／８Ｎｉ３／８Ｏ３、ＣａＺｒＯ３、ＳｒＺｒＯ３、ＢａＺｒＯ３、ＫＮｂＯ３、ＮａＮｂＯ３、Ｃａ２ＦｅＮｂＯ６、ＬｎＳｃＯ３、ＬｎＧａＯ３、ＬｎＴｉＭｃＯ６（式中、Ｌｎは、Ｌａ、Ｃｅ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｐｍ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｙｂ、Ｌｕ、またはＹから選択され、かつＭｃは、Ｍｇ、Ｎｉ、Ｃｕ、またはＺｎから選択される）
の１つ以上から任意選択的に選択されるさらなる材料と、
を含む／から本質的になる／からなる単相セラミック材料を提供する。
【００７８】
他の実施形態では、本発明は、
（ｉ）本明細書に定義される式（Ｉ）の単相材料と、
（ｉｉ）以下：
ＢｉＴｉ３／８Ｆｅ２／８Ｎｉ３／８Ｏ３、ＣａＺｒＯ３、ＮａＮｂＯ３、Ｃａ２ＦｅＮｂＯ６、ＬｎＳｃＯ３、ＬｎＧａＯ３、ＬｎＴｉＭｃＯ６（式中、Ｌｎは、Ｌａ、Ｃｅ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｐｍ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｙｂ、Ｌｕ、またはＹから選択され、かつＭｃは、Ｍｇ、Ｎｉ、Ｃｕ、またはＺｎから選択される）
の１つ以上から任意選択的に選択されるさらなる材料と、
を含む／から本質的になる／からなる単相セラミック材料を提供する。
【００７９】
他の実施形態では、本発明は、
（ｉ）本明細書に定義される式（Ｉ）の単相材料と、
（ｉｉ）以下：
ＢｉＴｉ３／８Ｆｅ２／８Ｎｉ３／８Ｏ３、ＣａＺｒＯ３、ＮａＮｂＯ３、Ｃａ２ＦｅＮｂＯ６、ＬｎＳｃＯ３、ＬｎＧａＯ３、ＬｎＴｉＭｃＯ６（式中、Ｌｎは、Ｌａ、Ｎｄ、またはＹから選択され、かつＭｃは、Ｍｇ、Ｎｉ、Ｃｕ、またはＺｎから選択される）
の１つ以上から任意選択的に選択されるさらなる材料と、
を含む／から本質的になる／からなる単相セラミック材料を提供する。
【００８０】
他の実施形態では、本発明は、
（ｉ）本明細書に定義される式（Ｉ）の単相材料と、
（ｉｉ）以下：
ＢｉＴｉ３／８Ｆｅ２／８Ｎｉ３／８Ｏ３、ＣａＺｒＯ３、ＮａＮｂＯ３、Ｃａ２ＦｅＮｂＯ６、ＬｎＳｃＯ３、ＬｎＧａＯ３、ＬｎＴｉＭｃＯ６（式中、Ｌｎは、Ｌａ、Ｎｄ、またはＹから選択され、かつＭｃは、ＭｇまたはＣｕから選択される）
の１つ以上から任意選択的に選択されるさらなる材料と、
を含む／から本質的になる／からなる単相セラミック材料を提供する。
【００８１】
材料の調製
本発明の材料は、当技術分野で公知の任意の好適な方法により調製しうる。本発明の化合物の調製プロセスの特定例は、添付の実施例に示される。
【００８２】
本明細書に記載の調製方法の説明ではおよび任意の参照される調製方法では、存在する任意の溶媒、雰囲気、適用温度、継続時間、および任意の必要な後処理手順の選択を含めて、提案される混合および反応の条件はすべて、当業者により選択可能であることを理解すべきである。
【００８３】
以上に述べたように、本発明は、本明細書に定義される単相セラミック材料の調製プロセスを提供する。前記プロセスは、セラミック材料のモルフォトロピック相境界内に磁性カチオンの連続パーコレートネットワークを形成可能な材料の存在下でモルフォトロピック相境界を含む単相セラミック材料を形成する工程を含む。
【００８４】
本発明はまた、本明細書に定義される単相セラミック材料の調製プロセスを提供する。前記プロセスは、セラミック材料のモルフォトロピック相境界内に磁性カチオンの連続パーコレートネットワークを形成可能な材料の存在下でモルフォトロピック相境界を含む単相セラミック材料を形成可能な材料を焼結する工程を含む。
【００８５】
当業者であれば、本明細書に定義される単相セラミック材料を調製するために適切な焼結条件を選択できよう。
【００８６】
本発明の材料はまた、当技術分野で周知のゾル−ゲル法または熱分解法を用いて調製しうる。
【００８７】
本明細書に定義される式（Ｉ）の材料に関して、式Ｉの材料は、当技術分野で公知の任意の好適な方法により調製しうる。かかる材料の形成に使用可能な好適な方法の例は、たとえば、Ｄｏｌｇｏｓ  ｅｔ  ａｌ．Ａｎｇｅｗ．Ｃｈｅｍ．Ｉｎｔ．Ｅｄ．２０１２，５１，１０７７０に記載されている。
【００８８】
好適には、式（Ｉ）の材料は、
（ｉ）以下に示される式Ａ〜Ｅ：
Ｌ２Ｏ３  式Ａ
ＲＣＯ３  式Ｂ
Ｆｅ２Ｏ３  式Ｃ
ＭａＯ２  式Ｄ
ＭｂＯ２  式Ｅ
（式中、Ｌ、Ｒ、Ｍａ、およびＭｂは、それぞれ、以上に定義される通りである）
のセラミック材料と、
式Ｆ：
ＭｇＷ・ｚＨ２Ｏ
式Ｆ
（式中、ｚは０〜５の整数であり、かつＷはＣＯ３・Ｍｇ（ＯＨ）２またはＯから選択される）
の材料と、を好適な有機溶媒の存在下で組み合わせてミル処理（たとえばボールミル処理）する工程と、
（ｉｉ）有機溶媒を蒸発させて得られた粉末をプレスしてペレットを形成する工程と、
（ｉｉｉ）ペレットを１回以上仮焼する工程と、
（ｉｖ）バインダーおよびＭｎＯ２の存在下で任意選択的に焼結する工程と、
のプロセスにより調製される。
【００８９】
当業者であれば、この調製に好適な条件（たとえば、温度、圧力、反応時間、撹拌など）を選択できよう。
【００９０】
以上のプロセスの工程（ｉ）で混合される式Ａ〜Ｆの相対量が式（Ｉ）の最終材料の各成分の化学量論比を提供するように選択されることは、分かるであろう。
【００９１】
以上に定義されるプロセスの工程（ｉ）に好適な任意のミル処理または混合のプロセスを使用しうる。実施形態ではボールミル処理が使用される。
【００９２】
以上に定義されるプロセスの工程（ｉ）に好適な任意の溶媒を使用しうる。好適な溶媒の例としては、メタノール、エタノール、イソプロパノールまたはブタノール、アセトン、水が挙げられうる。とくに好適な溶媒はエタノールである。
【００９３】
当業者であれば、以上に定義されるプロセスの工程（ｉｉ）に記載のペレットの適切なサイズを選択できよう。好適なサイズはたとえば１ｍｍ〜５０ｍｍである。とくに好適なサイズ範囲は５ｍｍ〜２０ｍｍである。
【００９４】
以上に定義されるプロセスの工程（ｉｉｉ）に好適な任意の回数の仮焼工程を使用しうる。たとえば、１、２、３、または４回の仮焼工程を利用しうる。実施形態では仮焼回数は２回である。
【００９５】
以上に定義されるプロセスの工程（ｉｉｉ）に好適な任意の温度を使用しうる。好適な温度範囲はたとえば９００〜９８０℃でありうる。とくに好適な温度範囲は９２０〜９６０℃である。
【００９６】
好適には、以上に定義されるプロセスには工程（ｉｖ）が含まれる。当業者であれば、以上に定義されるプロセスの工程（ｉｖ）に好適なバインダーを選択できよう。とくに好適なバインダーとしてはポリビニルブチラールおよびポリビニルアセテートが挙げられる。
【００９７】
また、当業者であれば、以上に定義されるプロセスの工程（ｉｖ）に記載のバインダーの好適な量を選択できよう。バインダーの好適な量は０〜５ｗｔ％でありうる。とくに好適な量は１〜３ｗｔ％たとえば２ｗｔ％である。
【００９８】
電気的性質を向上させるとともに誘電損失を最小限に抑えるために、低レベルの添加で元素および組成物（たとえばＭｎＯ２）を本発明の材料に任意選択的に添加しうる。
【００９９】
当業者であれば、以上に定義されるプロセスの工程（ｉｖ）に好適なＭｎＯ２の量を選択できよう。好適な量は０〜０．５ｗｔ％でありうる。とくに好適な量は０．１〜０．３ｗｔ％たとえば０．２ｗｔ％である。
【０１００】
当業者であれば、以上に定義されるプロセスの工程（ｉｖ）に好適な温度を選択できよう。好適な温度範囲は９００〜９８０℃でありうる。とくに好適な温度範囲は９４０〜９８０℃である。
【０１０１】
本発明の特定の実施形態ではｚは３である。
【０１０２】
他の態様では、本発明は、本明細書に定義されるプロセスにより得ることができる、そのプロセスにより得られる、またはそのプロセスにより直接得られる本明細書に定義される単相セラミック材料を提供する。
【０１０３】
薄膜
ほとんどの電子用途では、本発明の材料は、薄膜、典型的には好適な基材上に堆積される薄膜の形態であろう。
【０１０４】
それゆえ、他の態様では、本発明は、本明細書に定義される単相セラミック材料から形成される薄膜を提供する。
【０１０５】
本発明の薄膜は、関係する特定の用途に適した寸法を有するように作製されるであろう。
【０１０６】
薄膜は、本発明の材料を基材上に堆積することにより調製可能である。当技術分野で公知の任意の好適な堆積技術を使用可能である。使用しうる好適な堆積技術の例としては、パルス層堆積（ＰＬＤ）、原子層堆積（ＡＬＤ）、化学気相堆積（ＣＶＤ）、分子ビームエピタキシー（ＭＢＥ）、スパッタリング、または物理気相堆積（ＰＶＤ）が挙げられる。
【０１０７】
用途および使用
本発明のマルチフェロイック単相セラミック材料は、強誘電性および強磁性の両方を有する材料を使用可能な任意の用途に有用である。
【０１０８】
したがって、本発明の材料とくにその薄膜形態は、電子部品およびデバイスへの組込みにとくに適している。
【０１０９】
したがって、他の態様では、本発明は、本明細書に定義される単相セラミック材料または本明細書に定義される単相セラミック材料の薄膜を含む電子部品を提供する。
【０１１０】
実施形態では、電子部品は、メモリーデバイス、トンネル接合、磁界センサー、トランスミッター、レシーバー、トランスミッター−レシーバーモジュール、フェーズアレイシステム、またはレゾネーターからなる群から選択される。
【０１１１】
実施形態では、電子部品はメモリーデバイスである。他の実施形態では、メモリーデバイスは、ＭＲＡＭ、ＦＥＲＡＭ、またはＭＥＲＡＭから選択される。
【０１１２】
かかる電子部品の作製に好適な技術は、当技術分野で公知である。
【０１１３】
他の態様では、本発明は、本明細書に定義される電子部品を含む電子デバイスを提供する。実施形態では、電子デバイスは、チューナブルマイクロ波デバイス（たとえば、アテニュエーター、バンドバスフィルター、またはフェーズシフター）からなる群から選択される。
【０１１４】
他の態様では、本発明は、マルチフェロイック体としての本明細書に定義される単相セラミック材料の使用を提供する。
【０１１５】
本発明の他の実施形態では、本明細書に定義される電子部品における本明細書に定義される単相セラミック材料の使用が提供される。
【実施例】
【０１１６】
略語
ＡＣ              交流
ａｉｘＰＥＳ      圧電評価システム
ＦＣ              フィールドクーリング
Ｋ                ケルビン
ＭＥ              磁気電気
ＭＰＭＳ          磁性測定システム
Ｏｅ              エルステッド
Ｐ（Ｅ）          ポテンシャルエネルギー
ｐｓ              ピコジーメンス
ＰＲＡＰ          圧電共振解析プログラム
ＰＸＲＤ          粉末Ｘ線回折
ＰＺＴ            チタン酸ジルコニウム鉛
ＴＲＭ            熱残留磁化
ＺＦＣ            ゼロフィールドクーリング
【０１１７】
次に、本発明をさらに実証するために単なる例として本発明を説明する。
【０１１８】
以下に記載されるように、いくつかの材料を合成してそれらの強誘電性、強磁性、およびマルチフェロイック性を試験した。
【０１１９】
合成した材料の実施例は以下の通りである。
実施例１  −  （１−ｘ）ＢｉＴｉ（１−ｙ）／２ＦｅｙＭｇ（１−ｙ）／２Ｏ３−ｘＣａＴｉＯ３（式中、ｘ＝０．１５かつｙ＝０．６）、
実施例２  −  （１−ｘ）ＢｉＴｉ（１−ｙ）／２ＦｅｙＭｇ（１−ｙ）／２Ｏ３−ｘＣａＴｉＯ３（式中、ｘ＝０．１５かつｙ＝０．７）、
実施例３  −  （１−ｘ）ＢｉＴｉ（１−ｙ）／２ＦｅｙＭｇ（１−ｙ）／２Ｏ３−ｘＣａＴｉＯ３（式中、ｘ＝０．１５かつｙ＝０．７５）、
実施例４  −  （１−ｘ）ＢｉＴｉ（１−ｙ）／２ＦｅｙＭｇ（１−ｙ）／２Ｏ３−ｘＣａＴｉＯ３（式中、ｘ＝０．１５かつｙ＝０．８）、
実施例５  −  （１−ｘ）ＢｉＴｉ（１−ｙ）／２ＦｅｙＭｇ（１−ｙ）／２Ｏ３−ｘＣａＴｉＯ３（式中、ｘ＝０．１５かつｙ＝０．８５）、
実施例６  −  （１−ｘ）ＢｉＴｉ（１−ｙ）／２ＦｅｙＭｇ（１−ｙ）／２Ｏ３−ｘＣａＴｉＯ３（式中、ｘ＝０．１５かつｙ＝０．９）。
【０１２０】
さらに単なる例として添付の図面を参照しながら本発明の実施例を以下に説明する。
【０１２１】
方法および装置
とくに明記されていない限り、試薬および溶媒はすべて市販されており、入手したままの状態で使用した。
【０１２２】
サンプル調製
（１−ｘ）ＢｉＴｉ（１−ｙ）／２ＦｅｙＭｇ（１−ｙ）／２Ｏ３−（ｘ）ＣａＴｉＯ３の粉末サンプルは、従来の固相反応によりｘ＝０．１５、ｙ＝０．６０〜０．９０の組成範囲で合成した。二元酸化物Ｂｉ２Ｏ３、ＣａＣＯ３、Ｆｅ２Ｏ３、ＴｉＯ２（４７３Ｋで前乾燥）、およびＭｇＣＯ３・Ｍｇ（ＯＨ）２・ｘＨ２Ｏ（ｘ≒３、入手したままの状態で使用）を化学量論量で秤量してエタノール中で２０時間ボールミル処理した。エタノールの蒸発後に得られた混合物をペレット化して白金ライニングアルミナ坩堝内において１２０８Ｋで１２時間仮焼した。次いで、これらのペレットを完全に再粉砕して再ペレット化し、そして白金ライニングアルミナ坩堝内において１２１３Ｋで１２時間にわたり第２の仮焼に付した。得られた粉末は、ＰＸＲＤにより明らかな副次相を有していない目標相のみを含有することが判明した。これらの粉末から性質測定に好適な緻密ペレット（＞９５％の結晶密度）が次のプロトコルにより生成された。すなわち、最初に、２ｗｔ％のポリビニルブチラールバインダーおよび０．２ｗｔ％のＭｎＯ２をサンプルに添加し、この混合物を２０時間ボールミル処理した。次いで、得られた混合物を一軸プレスによりペレット化し（直径８ｍｍ）、続いて、冷間等方圧プレスにより約２×１０８Ｐａでプレスした。これらのペレットをＰｔライニングアルミナボート内に充填した。プログラマブルチューブ炉を用いて反応系を流動酸素下で９４３Ｋに１時間、続いて１２２８Ｋに３時間、続いて１１７３Ｋに１２時間加熱し、その後、５Ｋ・ｍｉｎ−１で室温に冷却した。得られたペレットはＰＸＲＤにより副次相を含有しないことが判明した。それらの密度はアルキメデス天秤を用いて測定した。
【０１２３】
粉末Ｘ線回折（ＰＸＲＤ）
データはすべて、単色ＣｏＫα１源（λ＝１．７８８９６Å）と位置感知Ｘ’Ｃｅｌｅｒａｔｏｒ検出器とを備えたブラッグ・ブレンターノジオメトリーのＰＡＮａｌｙｔｉｃａｌ  Ｘ’Ｐｅｒｔ  Ｐｒｏ回折計を用いて収集した。各サンプルをバックフィルサンプルホルダー内に閉じ込めて測定時に回転させた。プログラマブル発散スリットを用いて角度範囲全体にわたり一定照射面積を提供した。０．０１６７°刻みで５≦２θ≦１３０°の角度範囲でデータを収集した。ソフトウェアパッケージＴｏｐａｓ  Ａｃａｄｅｍｉｃ（バージョン５）を用いてポーリー精密化を行った。各ＰＸＲＤパターンに対して、１２個の精密化パラメーターのチェビシェフ多項式関数を用いてバックグラウンドをモデル化した。格子パラメーター、サンプル高さ補正、ピークプロファイル関数、およびモデル非依存ピーク強度を精密化した。修正トンプソン・コックス・ヘイスティングス擬フォークト関数を用いてピークプロファイルをモデル化した。単相（Ｒ３ｃセルまたはＰａセル）へのデータの当てはめ時、スティーブンス異方性歪み広がり関数を精密化した。二相（Ｒ３ｃ＋Ｐｎａ２１）精密化では、菱面体晶系（Ｒ３ｃ）相に対してのみこの関数を精密化した。
【０１２４】
図１は、実施例１〜６（それぞれボトムトレースからトップトレースへ）のＸ線回折パターンを示す。
【０１２５】
図２は、（ｆ）単一Ｒ３ｃユニットセル、（ｇ）Ｒ３ｃおよびＰｎａ２１の重畳ユニットセル、ならびに（ｈ）単一単斜晶系Ｐａユニットセルを用いて実施例４のＰＸＲＤデータへのポーリー当てはめを示す。
【０１２６】
詳細性質研究では組成ｘ＝０．１５、ｙ＝０．６０およびｙ＝０．８０（実施例１および４）を選択した。これらの組成でポーリー精密化を行ったところ、Ｒ相およびＯ相の両方を有するモデルならびに√２ａｐ×２ａｐ×√２ａｐユニットセルの単相単斜晶系モデル（Ｒ３ｃおよびＰｎａ２１の両方の極性部分群である空間群Ｐａ、表１に示される精密化格子パラメーター）は両方とも、純粋菱面体晶系モデルにより得られたものへの優れた当てはめを示したことから（表２）、これらの組成は菱面体晶系限界に向かうモルフォトロピック相境界領域に存在し、したがって、それらは長距離秩序極性非立方晶系材料であることが示される。
【０１２７】
【表１】
2018513088.tif 000003
【０１２８】
【表２】
2018513088.tif 000004
【０１２９】
電気測定
電気分極では、薄いディスク（許容差２０μｍで１５０〜２００μｍ）の両面上に金をスパッタリングした。Ｐ（Ｅ）測定では、薄いディスクの両面上に銀導電性塗料（ＲＳ  ｃｏｍｐｏｎｅｎｔｓ）を適用して３９３Ｋで１０分間硬化させた。ＰＶＤＦサンプルホルダー内にディスクを充填した。空気破壊を回避するために誘電媒体としてシリコーン油を使用した。Ｒａｄｉａｎｔ強誘電性テスターシステムを用いて測定を行った。
【０１３０】
図３は、実施例１、４、および６の薄いディスク上でのＰ（Ｅ）測定を示す。よく飽和されたループがこれらの組成の強誘電性を確かめる。
【０１３１】
実施例１、４、および６の最大分極（Ｐｍａｘ）は、それぞれ、５７μＣ／ｃｍ２、４６μＣ／ｃｍ２、および約１８μＣ／ｃｍ２である。
【０１３２】
インピーダンス測定
Ａｇｉｌｅｎｔ  ＬＣＲメーターＥ４９８０を用いて０．５ＶのＡＣ電圧を印加することによりインピーダンスおよび位相角を測定した。
【０１３３】
磁気測定
磁気測定は、ＭＰＭＳ  ＸＬ−７システムおよびＭＰＭＳ３システム（Ｑｕａｎｔｕｍ  Ｄｅｓｉｇｎ，ＵＳＡ）を用いて行った。このために、粉末サンプルまたはペレットサンプルをポリカーボネートカプセル内に充填して直線状飲用プラスチックストロー中に固定し、次いで、ＳＱＵＩＤ  ｄｃプローブ中に充填した。以下の一般関数：
【数１】
2018513088.tif 000005
を用いて等温磁化データを分解した。
【０１３４】
ただし、ｍｉは、以下の形：
【数２】
2018513088.tif 000006
をとる単一磁気成分を記述する汎用関数である。
【０１３５】
ただし、ａは飽和磁化、ｂは保磁界、ｃはループの角形性を記述するパラメーター、かつｄは個別磁気成分に対する常磁性、反磁性、および反強磁性の寄与を含む線形項を表す。ペロブスカイト相の磁気秩序化温度超では、高Ｆｅ含有不純物に帰属される等温磁化を記述するために１つの成分のみを使用した。ペロブスカイト磁気秩序化温度未満では、２つの成分を使用した。
【０１３６】
実施例４では、ＴＮ＝３７０Ｋ未満で収集した磁気等温線（Ｍ（Ｈ））データは、強磁性挙動に一致する有限保磁界（２５０Ｏｅ）を有するヒステリシスを示した。
【０１３７】
図４は、実施例４で得られた磁気等温線を示す。
【０１３８】
磁気電気測定
磁気電気測定の構成およびプロトコルの詳細は他に記載されている［１８］。この実験では、ディスクを横切って正弦波電界Ｅ＝Ｅａｃｃｏｓωｔ（ω＝２πｆ、ただし、ｆは周波数であり、かつＥａｃは電界振幅である）を印加し、そして複素ａｃ磁気モーメントの第一高調波ｍ（ｔ）＝（ｍ’−ｉ．ｍ’’）ｃｏｓωｔを測定する。測定はｄｃ磁界およびｄｃ電界をなんら存在させずに行った。このシナリオでは、電気誘導磁気モーメントの実数部［１８］は、
【数３】
2018513088.tif 000007
である。ただし、Ｖはサンプル体積である。このモーメントは線形ＭＥ（α）効果のみを含み、一方、高次効果はゼロである。ｙ＝０．６および０．８で線形ＭＥ効果を実証するために、電界振幅Ｅａｃを変化させて誘起モーメントを記録した。関係式［１９］：
【数４】
2018513088.tif 000008
に従って体積ａｃ磁化振幅Ｍａｃ（＝ｍ’／Ｖ）対Ｅａｃのプロットから線形ＭＥ感受率（α）を計算した。
【０１３９】
測定はすべてｆ＝１Ｈｚで行った。ここで使用した実験構成の感受率は、ｍ’＝Ｖ×Ｍａｃ＞５×１０−１２Ａｍ２である。ＭＥ測定の前に、３４３Ｋから室温まで１５分間にわたり１００ｋＶ／ｃｍの電界でａｉｘＰＥＳ（ａｉｘＡＣＣＴシステム）を用いて外部からディスクを分極させた。次いで、ディスクを３００Ｋで改良ＳＱＵＩＤ  ｄｃプローブ中に充填して３０分間にわたり２Ｔの磁界に付した。電界および磁界の除去後、電極を１５分間短絡し、その後、３００ＫでＭＥ測定を行った。１０および１５０ＫのＭＥ測定（ｘ＝０．１５、ｙ＝０．６の場合）では、電界（３．５ｋＶ／ｃｍ）および磁界（２Ｔ）の存在下でサンプルを測定温度に冷却して３００Ｋ測定のプロトコルに従った。αの温度依存性では、電界（それぞれｙ＝０．６の場合は３．５ｋＶ／ｃｍおよびｙ＝０．８の場合は２．７ｋＶ／ｃｍ）および２Ｔの磁界を３００Ｋで印加し、続いて、１Ｋ・ｍｉｎ−１の速度で１０Ｋに冷却して１Ｈｚでデータを収集した。測定前に各工程で温度を５分間安定化させた。ｘ＝０．１５、ｙ＝０．６の室温バルクｄ．ｃ．抵抗率は３３ＧΩ・ｍであり、ｘ＝０．１５、ｙ＝０．８では２１ＧΩ・ｍである。ｙ＝０．６およびｙ＝０．８で観測されたリーク電流は、最大測定領域でそれぞれ０．３５ｎＡ（３２０Ｋ）および０．２３ｎＡ（３６０Ｋ）である。これらの値は非常に低いのでＭＥ測定でなんらアーチファクトを引き起こさない。この測定構成での温度の上限は３６０Ｋである。
【０１４０】
２つの秩序パラメーター（分極（Ｐ）および磁化（Ｍ））が結合されるか確認するために、電気および磁気の両方で分極させたディスクで磁気電気測定を行った。図５（ａ）に示されるように、印加電界（Ｅ）による誘導磁化（μ０Ｍ）のプロットの傾きとして線形磁気電気（ＭＥ）結合を測定した。
【０１４１】
図５（ａ）に示されるように、室温線形ＭＥ係数（α）は０．２６ｐｓ／ｍである。
【０１４２】
図６は、（ａ）実施例１（黒）および実施例４（赤）の誘電率（左軸）および誘電損失（右軸）ならびに（ｂ）４７３Ｋにおける強誘電性スイッチングを示す実施例４のＰ（Ｅ）ループを示す。
【０１４３】
参照文献
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【図１】
2018513088.tif 000009
【図２】
2018513088.tif 000010
【図３】
2018513088.tif 000011
【図４】
2018513088.tif 000012
【図５】
2018513088.tif 000013
【図６】
2018513088.tif 000014
【国際調査報告】
2018513088.tif 000015
2018513088.tif 000016