放射光Ｘ線を用いた異常原子価遷移金属化合物の精密構造解析と秩序状態の直接観測

• Project/Area Number: 16J04046
• Research Category: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• Allocation Type: Single-year Grants
• Section: 国内
• Research Field: Inorganic chemistry
• Research Institution: Nagoya University
• Principal Investigator: 小林 慎太郎 名古屋大学, 工学研究科, 特別研究員(PD) (10771892)
• Project Period (FY): 2016-04-22 – 2019-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2018)
• Budget Amount: ¥4,420,000 (Direct Cost: ¥3,400,000、Indirect Cost: ¥1,020,000); Fiscal Year 2018: ¥1,430,000 (Direct Cost: ¥1,100,000、Indirect Cost: ¥330,000); Fiscal Year 2017: ¥1,430,000 (Direct Cost: ¥1,100,000、Indirect Cost: ¥330,000); Fiscal Year 2016: ¥1,560,000 (Direct Cost: ¥1,200,000、Indirect Cost: ¥360,000)
• Keywords: 異常原子価化合物 / 放射光X線 / フラストレーション / 磁気物性 / 構造解析 / 単結晶 / 幾何学的フラストレーション

Outline of Annual Research Achievements

本研究課題は、異常原子価元素をもつ化合物の特異な電子状態および物性の起源を、放射光X線を用いた構造物性研究により、明らかにすることを目的としている。最終年度は、異常高価数のCr4+をもつ層状化合物CrSe2やそのアニオン置換試料の放射光X線回折測定、EXAFS測定およびその解析を推進し、本系の特異な多段階構造相転移の機構を解明した。CrSe2の放射光粉末X線構造解析から、本系の逐次構造相転移が、CrSe2層内のCrの直線型の三量体の逐次的な形成と、CrSe2層間のSe間の結合形成により特徴づけられ、さらに本系の逐次相転移がこれらの競合・協力現象により引き起こされることが明らかとなった。さらに層間のSe間の結合の強さを変化させるアニオン置換を行うことで、構造・磁性・伝導性を制御できることを見出した。
本研究成果は、異常高価数のCrをもつ化合物においては、近接するCr間に加えてアニオン間にも強い相互作用が生じ、新奇な構造変化や磁気・伝導現象や新機能が誘起される可能性を示唆している。本プロジェクトの成果の一部は、米国物理学会誌、化学会誌に掲載され、さらに研究成果に関連した講演に招待されるなど評価されている。また、本研究で開拓した物質の試料提供も進めており、本研究で見出された異方原子価をもつ化合物の物理が、より発展していくことが今後期待される。このように、本研究では、物質合成と放射光X線を組み合わせた多角的な研究を推進することにより、異常高価数化合物の新しい側面を明らかにすることができた。

Research Progress Status

平成30年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

平成30年度が最終年度であるため、記入しない。

Research Products

• [Journal Article] Linear Trimer Formation with Antiferromagnetic Ordering in 1T-CrSe2 Originating from Peierls-like Instabilities and Interlayer Se－Se Interactions (2019)
  • Author(s): Kobayashi Shintaro、Katayama Naoyuki、Manjo Taishun、Ueda Hiroaki、Michioka Chishiro、Sugiyama Jun、Sassa Yasmine、Forslund Ola Kenji、Mansson Martin、Yoshimura Kazuyoshi、Sawa Hiroshi
  • Journal Title: Inorganic Chemistry Volume: 印刷中 Issue: 21 Pages: 14304-14315
  • DOI: 10.1021/acs.inorgchem.9b00186
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Anomalous double-stripe charge ordering in β-NaFe2O3 with double triangular layers consisting of almost perfect regular Fe4 tetrahedra (2018)
  • Author(s): Shintaro Kobayashi, Hiroaki Ueda, Chishiro Michioka, Kazuyoshi Yoshimura, Shin Nakamura, Takuro Katsufuji, and Hiroshi Sawa
  • Journal Title: Physical Review Materials Volume: 印刷中
  • Peer Reviewed
• [Presentation] 放射光X線でみたd2 電子系1T-CrSe2における二段階の分子軌道形成 (2018)
  • Author(s): 小林慎太郎, 片山尚幸, 澤博, 道岡千城, 植田浩明, 吉村一良
  • Organizer: 第3回固体化学フォーラム研究会
• [Presentation] 放射光X線を用いた異常原子価のCrをもつCrSe2の構造物性研究 (2018)
  • Author(s): 小林慎太郎, 片山尚幸, 道岡千城, 植田浩明, 吉村一良, 澤博
  • Organizer: 日本物理学会第73回年次大会
• [Presentation] 放射光X線を用いた異常原子価のCrをもつCrSe2の構造物性研究 (2018)
  • Author(s): 小林慎太郎, 片山尚幸, 道岡千城, 植田浩明, 吉村一良, 澤博
  • Organizer: 日本物理学会2018年年次大会
• [Presentation] Charge frustration in the mixed-valent iron oxide β-NaFe2O3 with a double triangular layer consisting of Fe4 tetrahedra (2018)
  • Author(s): S. Kobayashi, H. Ueda, C. Michioka, K. Yoshimura、H. Sawa
  • Organizer: APS March Meeting 2018
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] 三角格子をもつ混合原子価鉄酸化物β-NaFe2O3の電荷・磁気秩序 (2017)
  • Author(s): 小林慎太郎、澤博、道岡千城、植田浩明、吉村一良
  • Organizer: 日本物理学会 2017年春季大会
  • Place of Presentation: 大阪大学
  • Year and Date: 2017-03-17
• [Presentation] カゴメ弗化物A2BM3F12（A, B: アルカリ金属, M: 3d遷移金属）の構造物性研究 (2017)
  • Author(s): 小林慎太郎, 菅原健人, 後藤真人, 白上龍, 道岡千城, 植田浩明, 吉村一良, 片山尚幸, 澤博
  • Organizer: 日本物理学会2017年秋季大会
• [Presentation] 三角格子二重層をもつ混合原子価鉄酸化物β-NaFe2O3の特異な電荷配列 (2017)
  • Author(s): 小林慎太郎, 澤博, 道岡千城, 植田浩明, 吉村一良
  • Organizer: 第2回固体化学フォーラム研究会
• [Presentation] 異常原子価のCrをもつ三角格子物質CrSe2のアニオン置換による金属絶縁体転移の発現 (2016)
  • Author(s): 小林慎太郎, 植田浩明, 道岡千城, 吉村一良、澤博
  • Organizer: 日本物理学会 2016年秋季大会
  • Place of Presentation: 金沢大学
  • Year and Date: 2016-09-13
• [Presentation] 異常原子価化合物Cr(Se1-xSx)2の構造と輸送特性 (2016)
  • Author(s): 小林慎太郎、澤博、植田浩明、道岡千城、吉村一良
  • Organizer: 第1回固体化学フォーラム研究会
  • Place of Presentation: 東京大学物性研究所
  • Year and Date: 2016-06-14
• [Remarks]
  • URL: https://sites.google.com/site/skbyskbys/