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High-pressure synthesis of novel perovskite-type transition metal oxides assisted by first-principles calculations

Research Project

Project/Area Number 22KJ0904
Project/Area Number (Other) 22J13408 (2022)
Research Category

Grant-in-Aid for JSPS Fellows

Allocation TypeMulti-year Fund (2023)
Single-year Grants (2022)
Section国内
Review Section Basic Section 34010:Inorganic/coordination chemistry-related
Research InstitutionThe University of Tokyo

Principal Investigator

小野瀬 雅穂  東京大学, 工学系研究科, 特別研究員(DC2)

Project Period (FY) 2023-03-08 – 2024-03-31
Project Status Declined (Fiscal Year 2023)
Budget Amount *help
¥1,700,000 (Direct Cost: ¥1,700,000)
Fiscal Year 2023: ¥800,000 (Direct Cost: ¥800,000)
Fiscal Year 2022: ¥900,000 (Direct Cost: ¥900,000)
Keywords高圧合成法 / 第一原理計算 / ペロブスカイト型酸化物
Outline of Research at the Start

立方晶ペロブスカイト型鉄酸化物SrFeO3は、異常高原子価状態のFe4+の存在を背景として、トポロジカルな磁性相を含む多彩ならせん磁性相を発現する。本研究では同じくFe4+を含む正方晶のAサイト秩序型ペロブスカイト酸化物を対象として高圧合成法により新物質探索を行い、結晶の対称性の制御を通したさらなる新奇トポロジカルらせん磁性相の開拓を試みる。
Aサイトイオンの組成や秩序様式にはいくつかのパターンが存在するため、本研究では第一原理計算を活用して高圧下での結晶構造の安定性に基づく候補物質のスクリーニングや合成経路の検討を実施し、より少ない高圧合成回数で見通しよく目的物質を得ることを目指す。

Outline of Annual Research Achievements

異常高原子価状態のFe4+を含むペロブスカイト型鉄酸化物SrFeO3は、強いdp混成を背景として、幾何学的フラストレーションのないシンプルな立方晶構造でありながら多彩なmulti-qらせん磁性相を示すことから注目を集めてきた。しかしFe4+を含む系は準安定であり、合成の難しさから関連物質における新奇らせん磁性相の開拓が遅れてきた。そこで本研究では、Ca, Baがc軸方向にオーダーしたAサイト秩序ペロブスカイト型鉄酸化物に注目し、高圧合成法による新物質開拓をおこなった。
合成を試みた物質が新物質であったことから、第一原理計算を用いた結晶構造の熱力学的安定性の評価に基づき高圧合成を試みる候補物質のスクリーニングと合成経路の検討を実施し、目的物質の合成をより少ない回数で見通しよくおこなうことを目指した。常圧下・高圧下におけるconvex hullの作成の結果、酸素欠損型の2種類の新規Aサイト秩序相CaBaFe2O5, Ca(Ba0.9Ca0.1)2Fe3O8について、高圧下で安定化する傾向が予測され、それらを高圧合成法により実際に合成することに成功した。さらに、得られた酸素欠損相に対してオゾンを用いたトポタクティックな低温酸化を試み、部分的な酸素充填をおこなうことに成功した。また、酸素充填後のCa(Ba0.9Ca0.1)2Fe3O9-δにおいて、multi-qらせん磁気秩序の可能性にも期待できる新奇磁気相の発現を見出した。これらの結果は高圧合成法による新物質開拓における計算科学的アプローチの有効性を示すもので、今後の準安定強相関酸化物の開拓のさらなる加速につながることが期待される。

Research Progress Status

翌年度、交付申請を辞退するため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

翌年度、交付申請を辞退するため、記入しない。

Report

(1 results)
  • 2022 Annual Research Report
  • Research Products

    (5 results)

All 2023 2022

All Journal Article (2 results) (of which Peer Reviewed: 2 results,  Open Access: 1 results) Presentation (3 results) (of which Int'l Joint Research: 2 results)

  • [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
  • [Presentation] Search for metastable A-site ordered perovskite-type ferrites by high-pressure synthesis assisted by first-principles calculations2023

    • Author(s)
      M. Onose, H. Takahashi, H. Sagayama, Y. Yamasaki, and S. Ishiwata
    • Organizer
      American Physical Society March Meeting
    • Related Report
      2022 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] 第一原理計算を活用した新規Aサイト秩序ペロブスカイト型鉄酸化物の高圧合成とトポロジカルらせん磁性相の探索2022

    • Author(s)
      小野瀬雅穂, 高橋英史, 佐賀山基, 山﨑裕一, 石渡晋太郎
    • Organizer
      第1回アシンメトリ量子研究会
    • Related Report
      2022 Annual Research Report
  • [Presentation] High-pressure synthesis assisted by first-principles calculations for novel A-site ordered perovskite-type ferrites2022

    • Author(s)
      M. Onose, H. Takahashi, H. Sagayama, Y. Yamasaki, and S. Ishiwata
    • Organizer
      29th International Conference on Low Temperature Physics
    • Related Report
      2022 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research

URL: 

Published: 2022-04-28   Modified: 2024-03-26  

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