• Search Research Projects
  • Search Researchers
  • How to Use
  1. Back to previous page

Strategic high-pressure synthesis of metastable spintronic materials

Research Project

Project/Area Number 22H00343
Research Category

Grant-in-Aid for Scientific Research (A)

Allocation TypeSingle-year Grants
Section一般
Review Section Medium-sized Section 36:Inorganic materials chemistry, energy-related chemistry, and related fields
Research InstitutionOsaka University

Principal Investigator

石渡 晋太郎  大阪大学, 大学院基礎工学研究科, 教授 (00525355)

Project Period (FY) 2022-04-01 – 2025-03-31
Project Status Granted (Fiscal Year 2024)
Budget Amount *help
¥42,900,000 (Direct Cost: ¥33,000,000、Indirect Cost: ¥9,900,000)
Fiscal Year 2024: ¥7,410,000 (Direct Cost: ¥5,700,000、Indirect Cost: ¥1,710,000)
Fiscal Year 2023: ¥16,770,000 (Direct Cost: ¥12,900,000、Indirect Cost: ¥3,870,000)
Fiscal Year 2022: ¥18,720,000 (Direct Cost: ¥14,400,000、Indirect Cost: ¥4,320,000)
Keywords高圧合成 / スピントロニクス / 強相関電子系 / 第一原理計算 / 遷移金属酸化物 / ペロブスカイト型酸化物 / 異常高原子価鉄酸化物 / トポロジカル磁性 / スピン電荷秩序 / フラストレーション
Outline of Research at the Start

超高圧によって安定化される異常高原子価遷移金属酸化物では、磁性イオンのd軌道と酸素p軌道との強い混成を反映した特異な磁性や磁気輸送現象を示す。これらは未知のスピントロニクス機能を示す可能性を秘めているが、高圧合成の困難さ故に戦略的な開拓は進んでいない。本研究では、第一原理計算による構造予測を援用し、異常高原子価状態にある遷移金属や価数不安定性をもつ希土類金属を内包する酸化物及びカルコゲナイド・ニクタイドの高圧合成と、磁場中トランスポート測定による新奇スピントロニクス機能の探索を進める。さらに、放射光X線を用いた結晶構造及び電子状態の解明を通じて、準安定スピントロニクス材料の戦略的開拓を目指す。

Outline of Annual Research Achievements

SrFeO3は、異常高原子価のFe4+イオンを内包しており、多彩なトポロジカルらせん磁性相をもつことが明らかになりつつある。これまでに、SrFeO3のAサイトをCa2+とBa2+で置き換え、それらを層状に秩序配列させて異方性を導入することで、新たなトポロジカルらせん磁性相の探索を試みた。新たなAサイト秩序型ペロブスカイトとして、CaBa2Fe3O9、CaBaFe2O6、Ca2BaFe3O9、およびそれらの酸素欠損秩序相を含めた6つの系に対して、第一原理計算により熱力学的安定性を評価した。想定した6つの秩序候補のうち、2つの酸素欠損相、CaBaFe2O5とCaBa2Fe3O8は8万気圧以上の圧力下で安定化することが確認され、実際に高圧合成によって得ることに成功した。しかしながら、これらに対して高温高圧下で酸素アニールを行っても目的の酸素充填相を得ることができなかったことから、オゾンを用いた低温酸化を試み、ある程度の酸化に成功した。さらに、オゾン酸化後の系において新しいらせん磁性相が生じている可能性が見いだされた。

さらに、SrFeO3の類縁物質としてBaFeO3に着目し、電荷秩序不安定性が附与された Ba1-xLaxFeO3の系統的な高圧合成を行うこと、さらに新奇なトポロジカルスピン電荷秩序相を発見することを目指した。高圧酸素アニール法によってBa1-xLaxFeO3多結晶体のx = 0.5までの合成に成功し、詳細な磁気相図を作成することができた。その結果、x = 0近傍のA-typeらせん磁性からスピン電荷秩序相を経て、x > 0.35のG-type反強磁性相へと磁気基底状態が変化することが明らかとなった。特に、Ba4/5La1/5FeO3では、一次転移と推定されるらせん磁性転移が観測され、メスバウア分光測定により新しいスピン・電荷秩序相を実現している可能性が見いだされた。

Current Status of Research Progress
Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

第一原理計算を活用した新規遷移金属酸化物の高圧合成において順調に成果が出始めている。また、(Ba,La)FeO3において新しいタイプのスピン電荷秩序相が見いだされ、新奇磁気輸送現象の開拓に繋がる可能性が期待される。

Strategy for Future Research Activity

i) 異常原子価ペロブスカイト型遷移金属酸化物の開拓
Fe4+を内包するペロブスカイト(Ba,La)FeO3に対するメスバウアー分光測定を進めると同時に、FZを用いた大型単結晶試料の作製とそれらを用いた放射光X線、中性子回折実験を行うことで、新たならせん磁性およびスピン電荷秩序相の探索を進める。また、異常原子価のCo、Ni、Cuイオンを内包する層状ペロブスカイト型酸化物やダブルペロブスカイト型酸化物の開拓にも着手する。

ii) 4d/5d遷移金属酸化物を内包する新奇ペロブスカイト関連高圧相の開拓
最終年度は本研究で見いだしたNa-Pt-O系新物質の物性と基底状態を調べるべく、大型単結晶育成や低温でのNMR測定などを進める。また、これらの新構造をもつPt酸化物に磁性と伝導性を附与すべく、Irなどの5d遷移金属による置換を系統的に行い、磁場中のトランスポート測定を進める。最終的に準安定スピントロニクス材料としての新規4d/5d遷移金属酸化物の構造機能相関を明らかにする。

Report

(3 results)
  • 2023 Annual Research Report
  • 2022 Comments on the Screening Results   Annual Research Report
  • Research Products

    (27 results)

All 2024 2023 2022 Other

All Int'l Joint Research (1 results) Journal Article (11 results) (of which Int'l Joint Research: 1 results,  Peer Reviewed: 11 results,  Open Access: 8 results) Presentation (14 results) (of which Int'l Joint Research: 6 results,  Invited: 5 results) Remarks (1 results)

  • [Int'l Joint Research] Gdansk University of Technology(ポーランド)

    • Related Report
      2022 Annual Research Report
  • [Journal Article] Unveiling the orbital-selective electronic band reconstruction through the structural phase transition in TaTe22024

    • Author(s)
      Mitsuishi Natsuki、Sugita Yusuke、Akiba Tomoki、Takahashi Yuki、Sakano Masato、Horiba Koji、Kumigashira Hiroshi、Takahashi Hidefumi、Ishiwata Shintaro、Motome Yukitoshi、Ishizaka Kyoko
    • Journal Title

      Physical Review Research

      Volume: 6 Issue: 1 Pages: 013155-013155

    • DOI

      10.1103/physrevresearch.6.013155

    • Related Report
      2023 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Machine learning of atomic force microscopy images of organic solar cells2023

    • Author(s)
      Kobayashi Yasuhito、Miyake Yuta、Ishiwari Fumitaka、Ishiwata Shintaro、Saeki Akinori
    • Journal Title

      RSC Advances

      Volume: 13 Issue: 22 Pages: 15107-15113

    • DOI

      10.1039/d3ra02492j

    • Related Report
      2023 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Low-temperature phase transition in polar semimetal Td-MoTe2 probed by nonreciprocal transport2023

    • Author(s)
      Itahashi Yuki M.、Nohara Yamato、Ideue Toshiya、Akiba Tomoki、Takahashi Hidefumi、Ishiwata Shintaro、Iwasa Yoshihiro
    • Journal Title

      Physical Review Research

      Volume: 5 Issue: 2

    • DOI

      10.1103/physrevresearch.5.l022022

    • Related Report
      2023 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Superconductivity in a ferroelectric-like topological semimetal SrAuBi2023

    • Author(s)
      Takahashi Hidefumi、Sasaki Tomohiro、Nakano Akitoshi、Akiba Kazuto、Takahashi Masayuki、Mayo Alex H.、Onose Masaho、Kobayashi Tatsuo C.、Ishiwata Shintaro
    • Journal Title

      npj Quantum Materials

      Volume: 8 Issue: 1 Pages: 77-77

    • DOI

      10.1038/s41535-023-00612-4

    • Related Report
      2023 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Observation of local atomic displacements intrinsic to the double zigzag chain structure of 1T-MTe2 (M=V, Nb, Ta)2023

    • Author(s)
      Katayama N.、Matsuda Y.、Kojima K.、Hara T.、Kitou S.、Mitsuishi N.、Takahashi H.、Ishiwata S.、Ishizaka K.、Sawa H.
    • Journal Title

      Physical Review B

      Volume: 107 Issue: 24 Pages: 245113-245113

    • DOI

      10.1103/physrevb.107.245113

    • Related Report
      2023 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Real‐Space Observation of Ligand Hole State in Cubic Perovskite SrFeO32023

    • Author(s)
      Kitou Shunsuke、Gen Masaki、Nakamura Yuiga、Sugimoto Kunihisa、Tokunaga Yusuke、Ishiwata Shintaro、Arima and Taka‐hisa
    • Journal Title

      Advanced Science

      Volume: 10 Issue: 29 Pages: 2302839-2302839

    • DOI

      10.1002/advs.202302839

    • Related Report
      2023 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Ultrafast control of the crystal structure in a topological charge-density-wave material2023

    • Author(s)
      T. Suzuki, Y. Kubota, N. Mitsuishi, S. Akatsuka, J. Koga, M. Sakano, S. Masubuchi, Y. Tanaka, T. Togashi, H. Ohsumi, K. Tamasaku, M. Yabashi, H. Takahashi, S. Ishiwata, T. Machida, I. Matsuda, K. Ishizaka and K. Okazaki
    • Journal Title

      Phys. Rev. B

      Volume: 108 Issue: 18 Pages: 184305-184305

    • DOI

      10.1103/physrevb.108.184305

    • Related Report
      2023 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Superconductivity in a Magnetic Rashba Semimetal EuAuBi2023

    • Author(s)
      Takahashi Hidefumi、Akiba Kazuto、Takahashi Masayuki、Mayo Alex H.、Ochi Masayuki、Kobayashi Tatsuo C.、Ishiwata Shintaro
    • Journal Title

      Journal of the Physical Society of Japan

      Volume: 92 Issue: 1 Pages: 0137011-5

    • DOI

      10.7566/jpsj.92.013701

    • Related Report
      2022 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Spin-charge coupling and decoupling in perovskite-type iron oxides (Sr1-xBax)2/3La1/3FeO32022

    • Author(s)
      Onose M.、Takahashi H.、Saito T.、Kamiyama T.、Takahashi R.、Wadati H.、Kitao S.、Seto M.、Sagayama H.、Yamasaki Y.、Sato T.、Kagawa F.、Ishiwata S.
    • Journal Title

      Physical Review Materials

      Volume: 6 Issue: 9 Pages: 0944011-7

    • DOI

      10.1103/physrevmaterials.6.094401

    • Related Report
      2022 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Possible helimagnetic order in Co4+-containing perovskites Sr1-xCaxCoO32022

    • Author(s)
      Takahashi Hidefumi、Onose Masaho、Kobayashi Yasuhito、Osaka Takahiro、Maeda Soushi、Miyake Atsushi、Tokunaga Masashi、Sagayama Hajime、Yamasaki Yuichi、Ishiwata Shintaro
    • Journal Title

      APL Materials

      Volume: 10 Issue: 11 Pages: 1111161-7

    • DOI

      10.1063/5.0101473

    • Related Report
      2022 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Enhancement of the Magnetoresistance in the Mobility‐Engineered Compensated Metal Pt5P22022

    • Author(s)
      Mayo Alex H.、Takahashi Hidefumi、Ishiwata Shintaro、Gornicka Karolina、Winiarski Michal J.、Jaroszynski Jan、Cava Robert J.、Xie Weiwei、Klimczuk Tomasz
    • Journal Title

      Advanced Electronic Materials

      Volume: 9 Issue: 3 Pages: 22011201-7

    • DOI

      10.1002/aelm.202201120

    • Related Report
      2022 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
  • [Presentation] DFT 計算を活用した新規Na-Pt-O系酸化物の高圧合成2024

    • Author(s)
      小林康仁,高橋英史,佐賀山基,山﨑裕一,中埜彰俊,鬼頭俊介,石渡晋太郎
    • Organizer
      第6回固体化学フォーラム
    • Related Report
      2023 Annual Research Report
  • [Presentation] 第一原理計算を活用した新規白金酸化物の高圧合成2023

    • Author(s)
      小林康仁, 高橋英史, 佐賀山基, 山﨑裕一, 石渡晋太郎
    • Organizer
      日本物理学会 第78回年次大会
    • Related Report
      2023 Annual Research Report
  • [Presentation] 新規ダブルペロブスカイト型遷移金属酸化物 A2MTeO6における秩序構造と磁性2023

    • Author(s)
      鈴木匠, 恩地涼樹, 仲山啓, 小林俊介, 世古敦人, 高橋英史, 石渡晋太郎
    • Organizer
      日本物理学会 第78回年次大会
    • Related Report
      2023 Annual Research Report
  • [Presentation] 計算・情報科学を活用した準安定ペロブスカイト型酸化物の高圧合成2023

    • Author(s)
      石渡晋太郎
    • Organizer
      ISSPワークショップ 「新物質研究の最前線:特徴的なアプローチが導く新物性・新機能」
    • Related Report
      2023 Annual Research Report
    • Invited
  • [Presentation] Computationally assisted exploration of metastable perovskite-type oxides exhibiting exotic magnetism2023

    • Author(s)
      石渡晋太郎
    • Organizer
      International Conference on Quantum Liquid Crystals 2023
    • Related Report
      2023 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] Computationally assisted exploration of metastable perovskite-type oxides exhibiting exotic magnetism2023

    • Author(s)
      石渡晋太郎
    • Organizer
      Summit of Materials Science 2023 and GIMRT User Meeting 2023
    • Related Report
      2023 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] Computationally assisted exploration of metastable perovskite-type oxides with unusually high valence transition-metal ions2023

    • Author(s)
      石渡晋太郎
    • Organizer
      MRM2023
    • Related Report
      2023 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] 新規白金酸化物NaPt3O6の高圧合成と物性測定2023

    • Author(s)
      小林 康仁、高橋 英史、佐賀山 基、山﨑 裕一、石渡 晋太郎
    • Organizer
      第64回高圧討論会
    • Related Report
      2023 Annual Research Report
  • [Presentation] 巨大交差相関応答を示すトポロジカル量子物質の開拓2023

    • Author(s)
      石渡晋太郎
    • Organizer
      「アシンメトリ量子」キックオフミーティング
    • Related Report
      2023 Annual Research Report
    • Invited
  • [Presentation] 新規白金酸化物NaPt3O6の高圧合成と特異な秩序相の探索2023

    • Author(s)
      小林 康仁、高橋 英史、佐賀山 基、山﨑 裕一、石渡 晋太郎
    • Organizer
      第17回シンポジウム「物性科学領域横断研究会」
    • Related Report
      2023 Annual Research Report
  • [Presentation] Search for metastable A-site ordered perovskite-type ferrites by high-pressure synthesis assisted by first-principles calculations2023

    • Author(s)
      Masaho Onose, Hidefumi Takahashi, Hajime Sagayama, Yuichi Yamasaki, and Shintaro Ishiwata
    • Organizer
      American Physical Society (APS) March Meeting 2023
    • Related Report
      2022 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] 極性半金属EuAuBiにおける磁性と超伝導特性2022

    • Author(s)
      高橋英史, 高橋優之, メイヨーアレックス浩, 秋葉和人, 小林達生, 越智正之, 石渡晋太郎
    • Organizer
      日本物理学会2022年秋季大会
    • Related Report
      2022 Annual Research Report
  • [Presentation] High pressure synthesis of metastable A-site ordered perovskite-type iron oxides assisted by first-principles calculations2022

    • Author(s)
      Masaho Onose, Hidefumi Takahashi, Hajime Sagayama, Yuichi Yamasaki, and Shintaro Ishiwata
    • Organizer
      29th International Conference on Low-temperature Physics (LT29)
    • Related Report
      2022 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Exploration of metastable perovskite-type transition-metal oxides: High pressure synthesis and computational approach2022

    • Author(s)
      Shintaro Ishiwata
    • Organizer
      Polish Conference on Crystal Growth (PCCG) 2022
    • Related Report
      2022 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Remarks] 強誘電的構造相転移と奇妙な超伝導転移を有する トポロジカル半金属

    • URL

      https://resou.osaka-u.ac.jp/ja/research/2024/20240105_2

    • Related Report
      2023 Annual Research Report

URL: 

Published: 2022-04-19   Modified: 2024-12-25  

Information User Guide FAQ News Terms of Use Attribution of KAKENHI

Powered by NII kakenhi