Synthesis and properties of new metallic compounds with covalent networks

• Project/Area Number: 16K05724
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Section: 一般
• Research Field: Inorganic chemistry
• Research Institution: Hiroshima University
• Principal Investigator: Fukuoka Hiroshi 広島大学, 工学研究科, 助教 (00284175)
• Project Period (FY): 2016-04-01 – 2019-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2018)
• Budget Amount: ¥4,940,000 (Direct Cost: ¥3,800,000、Indirect Cost: ¥1,140,000); Fiscal Year 2018: ¥1,300,000 (Direct Cost: ¥1,000,000、Indirect Cost: ¥300,000); Fiscal Year 2017: ¥1,300,000 (Direct Cost: ¥1,000,000、Indirect Cost: ¥300,000); Fiscal Year 2016: ¥2,340,000 (Direct Cost: ¥1,800,000、Indirect Cost: ¥540,000)
• Keywords: Zintl相 / 金属間化合物 / 高圧合成 / 共有結合性金属間化合物 / クラスレート / 超伝導 / イオン伝導体 / 超伝導材料 / チントル相 / 強相関電子系

Outline of Final Research Achievements

A new silicide was prepared and the structure was solved by single X-ray crystal structure analysis. The structure of the silicide contains Si15 cages which share their faces to form three dimensional clathrate structure. This is the fifth clathrate structure for silicon clathrate compounds.
Solid solutions of Y1-xLuxGe3 were prepared by changing Lu/Y ratios. We examined the variation of Tc vs Lu content. The x = 0.17 sample showed the Tc of 4.0 K. This is the highest Tc in the system. We calculated the band structure of both end members by DFT calculations to discuss the substantial Tc change. The reason why substitution of small amount of Lu for Y caused the substantial increase of Tc is that Lu atoms increase the interlayer interaction and enhance the three dimensional character of the conduction band.

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

クラスレート化合物は超伝導体、熱電変換材料、イオン伝導体等の母構造として盛んに研究されており、新構造をもつクラスレートの探索に興味が持たれている。本課題では、高圧合成により、新構造をもつシリコンクラスレートの合成に成功した。本化合物は、14族元素で５つ目となるクラスレート構造であり、最小のカゴ構造を有する興味深い化合物である。共有結合性金属間化合物には、超伝導を示すものも多く発見されている。しかしその超伝導メカニズムについて詳細に研究されている系はそれほど多くない。本課題ではY-Lu-Ge三元型超伝導体における超伝導転移温度について、電子軌道計算によってその原因を解明することに成功した。

Research Products

• [Journal Article] Metamagnetic crossover in the quasikagome Ising Kondo-lattice compound CeIrSn (2018)
  • Author(s): S. Tsuda, C. L. Yang, Y. Shimura, K. Umeo, H. Fukuoka, Y. Yamane, T. Onimaru, T. Takabatake, N. Kikugawa, T. Terashima, H. T. Hirose, S. Uji, S. Kittaka, T. Sakakibara
  • Journal Title: Phys. Rev B. Volume: 98 Issue: 15 Pages: 155147-155147
  • DOI: 10.1103/physrevb.98.155147
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] High-pressure Synthesis of an Anion-filled Skutterudite Compound I0.9Ir4Sb12 (2018)
  • Author(s): Fukuoka Hiroshi
  • Journal Title: Chemistry Letters Volume: 47 Issue: 4 Pages: 408-410
  • DOI: 10.1246/cl.171148
  • NAID: 130006638846
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] High-Pressure Synthesis, Structure, and Magnetic Properties of Ge-Substituted Filled Skutterudite Compounds; LnxCo4Sb12-yGey, Ln = La, Ce, Pr, and Nd (2017)
  • Author(s): Fukuoka Hiroshi
  • Journal Title: Crystals Volume: 7 Issue: 12 Pages: 381-381
  • DOI: 10.3390/cryst7120381
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Presentation] High-Pressure Synthesis and Structure of Chromium Sulfides (2019)
  • Author(s): Hiroshi Fukuoka
  • Organizer: 2019年 第4回HiPeR国際シンポジウム
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Si, Geの共有結合ネットワークを利用した新しいZintl型化合物の合成とイオン伝導体への応用 (2019)
  • Author(s): 日野伶哉, 福岡 宏, 犬丸 啓
  • Organizer: 第 57回セラミックス基礎討論会
• [Presentation] 最も硫黄含有率の高い新しい硫化クロムCrS3の高圧合成と結晶構造 (2018)
  • Author(s): 福岡 宏，古田真浩, 片上裕太, 河田尚美, 犬丸 啓
  • Organizer: 第５９回高圧討論会
• [Presentation] SiリッチなMgシリサイド新化合物の高圧合成と物性 (2018)
  • Author(s): 日野 伶哉，福岡 宏, 犬丸 啓
  • Organizer: 第５９回高圧討論会
• [Presentation] 層状構造を持つ超伝導体YGe3とLuGe3の新規固溶体の高圧合成と転移温度変化 (2018)
  • Author(s): 日野伶哉・福岡宏・犬丸啓
  • Organizer: 2018年 日本化学会中国四国支部大会
• [Presentation] Synthesis, Crystal Structures, and Band Structures of Ternary Chromium Sulfides Prepared by High-Pressure Synthesis (2018)
  • Author(s): Hiroshi Fukuoka
  • Organizer: CCMR2018
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] 高圧力下で生成するゲルマニウムの多彩な結合様式と物性 (2018)
  • Author(s): 福岡 宏
  • Organizer: 第31回応用物理学会シリサイド系半導体研究会
  • Invited
• [Presentation] High-Pressure Synthesis and Properties of Rhodium and Cobalt Antimony Skutterudite Compounds (2017)
  • Author(s): Hiroshi Fukuoka
  • Organizer: Collaborative Conference on Materials Research (CCMR) 2017
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] ゲルマニウムで骨格を置換した充填スクッテルダイトの合成と物性 (2016)
  • Author(s): 福岡 宏
  • Organizer: 2016年 日本化学会中国四国支部大会 香川大会
  • Place of Presentation: 香川大学（高松市）
  • Year and Date: 2016-11-05
• [Presentation] 共有結合性金属間化合物の化学 ～合成・構造・物性～ (2016)
  • Author(s): 福岡 宏
  • Organizer: 日本セラミックス協会 第29回秋季シンポジウム
  • Place of Presentation: 広島大学（東広島キャンパス）
  • Year and Date: 2016-09-07
  • Invited
• [Presentation] Structure and Electrical Properties of Ge-substituted Rhodium and Cobalt Antimony Skutterudites (2016)
  • Author(s): Hiroshi Fukuoka
  • Organizer: CC3DMR 2016 (Collaborative Conference on 3D and Materials Research 2016)
  • Place of Presentation: 韓国 ソウル（インチョン）
  • Year and Date: 2016-06-20
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Remarks] 広島大学研究者総覧
  • URL: http://seeds.office.hiroshima-u.ac.jp/profile/ja.8344601dd33f2c64520e17560c007669.html