| Project/Area Number |
23K04384
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
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| Allocation Type | Multi-year Fund |
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| Section | 一般 |
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| Review Section |
Basic Section 26020:Inorganic materials and properties-related
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| Research Institution | Toho University |
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Principal Investigator |
赤星 大介 東邦大学, 理学部, 教授 (90407354)
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| Project Period (FY) |
2023-04-01 – 2026-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2023)
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| Budget Amount *help |
¥4,290,000 (Direct Cost: ¥3,300,000、Indirect Cost: ¥990,000)
Fiscal Year 2025: ¥1,300,000 (Direct Cost: ¥1,000,000、Indirect Cost: ¥300,000)
Fiscal Year 2024: ¥1,430,000 (Direct Cost: ¥1,100,000、Indirect Cost: ¥330,000)
Fiscal Year 2023: ¥1,560,000 (Direct Cost: ¥1,200,000、Indirect Cost: ¥360,000)
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| Keywords | 超巨大磁気抵抗 / ペロブスカイト型構造 / マンガン酸化物 / 化学置換 |
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| Outline of Research at the Start |
本研究対象であるRBaMn2O6(R = 希土類)は、超巨大磁気抵抗(CMR)効果を利用した新しい磁性材料の候補物質として期待されている。CMR効果とは、磁場の印加により電気抵抗が数桁以上も減少する効果のことである。しかしながら、CMR効果に必要な磁場が高いという問題がある。申請者は最近の研究で、化学的欠陥(Mnサイトの化学置換や元素欠損など)がこの磁場を著しく低下させることを見出した。本研究の目的は、化学的欠陥がRBaMn2O6の磁性や伝導性に与える効果を詳細に調べ、新しい磁性材料の開発につながる知見を獲得することである。
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| Outline of Annual Research Achievements |
NdBaMn2O6は室温で超巨大磁気抵抗（CMR）効果の発現が期待される物質であるため、基礎、応用の両観点から注目されている。本研究の最終的な目標は、元素欠損や化学置換などの化学的乱れがNdBaMn2O6の物性に与える効果を調べ、応用につながる知見を得ることである。応用につなげるためには、NdBaMn2O6の強磁性金属相を安定化し、電荷・軌道秩序絶縁体相を磁場に対して不安定にすることが重要である。
＜NdBaMn2O6のCr置換に関する研究＞
代表者は以前の研究で、Mnサイトの一部をCrで置換した試料において、磁場誘起の電荷・軌道秩序絶縁体―強磁性金属転移を観測した。今回、Crの置換量を系統的に変化させたNdBaMn2O6試料を作成し、その物性を調べた結果、置換量が5％付近が最適な置換量であると判断した（これよりも置換量が多すぎると強磁性相が抑制されてしまい、少なすぎても磁場誘起の相転移が起こらない）。ただし、Cr置換したNdBaMn2O6試料の質が少し良くない可能性があり、これは次年度以降の検討課題である。
＜NdBaMn2O6の元素欠損に関する研究＞
代表者は以前の研究で、Baの一部を欠損させると、NdBaMn2O6の強磁性転移温度が上昇することを明らかにしている。今回、欠損量を系統的に変化させた試料を作成し、その物性を調べた。その結果、10％の欠損量が最適（強磁性転移温度が最大になる）であることがわかった。また、興味深いことに、5％程度欠損させることで電荷・軌道秩序転移温度も上昇することが新たにわかった。ヨウ素滴定法により、Mnの平均価数を決定した結果、Ba欠損には電子ドープと同等の効果があることがわかった。Ba欠損にともなう強磁性金属相の安定化は電子ドープの効果によるものである。
以上の結果は、CMR効果を利用した新しい磁性材料開発の重要な知見になると考えられる。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
令和5年度の研究課題は、”NdBaMn2O6の最適なCr置換量および最適なBa欠損量を明らかにする”であった。具体的には(1)Cr置換したNdBaMn2O6試料に関しては、置換量が5％付近の試料の磁性、電気抵抗を重点的に調べる、(2)Ba欠損したNdBaMn2O6試料に関しては、欠損量が10％付近の試料の磁性、電気抵抗を重点的に調べる、というものであった。上の”研究実績の概要”で述べたとおり、令和5年度はおおむね計画通りに研究を進めることができた。現在は、予定通りに令和6年度の研究計画を進めているという状況である。
現段階では研究計画はおおむね順調に進んでいるが、検討するべき課題が一つある。それは、”研究実績の概要”で述べたCr置換したNdBaMn2O6試料の質に関してである。一般的に、試料の質が悪いと相転移温度が低下したり、転移にともなう変化がブロードになったりする傾向にある（NdBaMn2O6試料は特にその傾向が強い）。これらの傾向は応用を考えるうえでは不利である。Cr置換したNdBaMn2O6試料には、転移がブロードになる傾向が見られた。ただし、この原因は試料の質ではなく、試料の本来の性質である可能性もあるので、慎重な検討が必要である。
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| Strategy for Future Research Activity |
令和6年度は計画通り、Cr置換、Ba欠損がRBaMn2O6の多重臨界点近傍(R = Nd1-xSmx)の物性に与える効果に関する研究を進める。具体的には(1)Cr置換量を最適値（5%）に固定し、Ndサイトの一部を他の希土類元素で置換したNdBaMn2O6試料の物性を調べる、(2)Ba欠損量を最適値（10%）に固定し、Ndサイトの一部を他の希土類元素で置換したNdBaMn2O6試料の物性を調べる、という内容である。
同時並行で、Cr置換したNdBaMn2O6試料の作成条件の再検討を行い、上述の課題である試料の質の改善を試みる。
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