Design of new mixed-anion 2D square-lattice magnets showing unusual magnetic states

• Project Area: Synthesis of Mixed Anion Compounds toward Novel Functionalities
• Project/Area Number: 17H05493
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research on Innovative Areas (Research in a proposed research area)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Review Section: Science and Engineering
• Research Institution: National Institute for Materials Science
• Principal Investigator: 辻本 吉廣 国立研究開発法人物質・材料研究機構, 機能性材料研究拠点, 主任研究員 (50584075)
• Project Period (FY): 2017-04-01 – 2019-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2018)
• Budget Amount: ¥3,640,000 (Direct Cost: ¥2,800,000、Indirect Cost: ¥840,000); Fiscal Year 2018: ¥1,820,000 (Direct Cost: ¥1,400,000、Indirect Cost: ¥420,000); Fiscal Year 2017: ¥1,820,000 (Direct Cost: ¥1,400,000、Indirect Cost: ¥420,000)
• Keywords: 酸硫化物 / フラックス合成 / 非線形光学現象 / 複合アニオン / 磁性 / 新物質 / 層状化合物 / 酸ハロゲン化物 / 高圧合成 / 低次元磁性 / 層状構造

Outline of Annual Research Achievements

本年度の主な研究成果として，磁性物質との比較物質として偶然得られた新規酸硫化物を報告する．本研究に先立ち報告された鉄酸硫化物SrFe2S2OはFe中心の多面体が稜共有で連なったスピン二重鎖を形成している．過去の報告では逐次相転移が観測されたが原因は未解明のままであった．当初，その起源を探るために非磁性の参照物質SrZn2S2Oの合成をフラックス法にて試みた．その結果得られた組成は期待通りではあったが，構造は全く異なる極性構造であることがX線構造解析により明らかになった．Znは2つの異なるサイトを有し，どちらも3つの硫黄原子，1つの酸素原子に囲まれた歪んだ四面体配位を形成している．Zn中心四面体はSr原子で遮られる形でab面内で二重鎖を作り，さらにウルツ鉱構造で見られるような最密充填方式でc軸に互い積層したインターグロース構造をとる．紫外可視吸収スペクトル測定の結果，3.86 eVのエネルギーギャップを持つことが分かった．さらに，第一原理計算により，直接遷移型であることも明らかになった．反転対称の無い物質に対して第二高調波発生 (SHG) が期待されるが，本物質はSHG活性であることはもちろん，位相整合を満たすことが粉末測定法で判明した．SHG信号強度もベンチマーク物質であるKDP (KH2PO4)の二倍に匹敵する，応用上重要な結果を得た．これまでに報告されている極性物質CaZnSOは位相整合を満たさないこととは対照的であり，今後位相整合と構造の関係を探っていく予定である．

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

• [Int'l Joint Research] University of South Carolina/University of Houston(米国)
• [Int'l Joint Research] Max Plank Institute(ドイツ)
• [Int'l Joint Research] National Chung Cheng University/NSRRC(中国)
• [Int'l Joint Research] Max Plank Insitute(ドイツ)
• [Journal Article] Low-temperature solid-state reduction approach to highly reduced titanium oxide nanocrystals (2018)
  • Author(s): *Y. Tsujimoto
  • Journal Title: Journal of the Ceramic Society of Japan Volume: 126 Issue: 8 Pages: 609-613
  • DOI: 10.2109/jcersj2.18038
  • NAID: 130007429502
  • ISSN: 1348-6535, 1882-0743
  • Year and Date: 2018-08-01
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Function of Tetrahedral ZnS3O Building Blocks in the Formation of SrZn2S2O: A Phase Matchable Polar Oxysulfide with a Large Second Harmonic Generation Response (2018)
  • Author(s): Tsujimoto Yoshihiro、Juillerat Christian A.、Zhang Weiguo、Fujii Kotaro、Yashima Masatomo、Halasyamani P. Shiv.、zur Loye Hans-Conrad
  • Journal Title: Chemistry of Materials Volume: 30 Issue: 18 Pages: 6486-6493
  • DOI: 10.1021/acs.chemmater.8b02967
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Synthesis, Crystal Structure, and Optical Properties of Layered Perovskite Scandium Oxychlorides: Sr2ScO3Cl, Sr3Sc2O5Cl2, and Ba3Sc2O5Cl2 (2018)
  • Author(s): Su Yu、Tsujimoto Yoshihiro、Fujii Kotaro、Tatsuta Makoto、Oka Kengo、Yashima Masatomo、Ogino Hiraku、Yamaura Kazunari
  • Journal Title: Inorganic Chemistry Volume: 57 Issue: 9 Pages: 5615-5623
  • DOI: 10.1021/acs.inorgchem.8b00573
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Property Engineering in Perovskites via Modification of Anion Chemistry (2018)
  • Author(s): Yoji Kobayashi, Yoshihiro Tsujimoto, Hiroshi Kageyama
  • Journal Title: Annual Review of Materials Research Volume: 48 Issue: 1 Pages: 303-326
  • DOI: 10.1146/annurev-matsci-070317-124415
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Experimental and Theoretical Soft X-Ray Absorption Study on Co3+ Ion Spin States in Sr2-xCaxCoO3F (2018)
  • Author(s): Yi-Ying Chin, Zhiwei Hu, Yu Su, Yoshihiro Tsujimoto, Arata Tanaka, Chien-Te Chen
  • Journal Title: Physics Status Solidi Rapid Research Letters Volume: 印刷中 Issue: 8 Pages: 1800147-1800147
  • DOI: 10.1002/pssr.201800147
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] 層状ペロブスカイト構造をもつ 新しい酸フッ化物・酸塩化物の結晶化学 (2017)
  • Author(s): 辻本 吉廣
  • Journal Title: 日本結晶学会誌 Volume: 59 Pages: 223-229
  • NAID: 130006767762
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Presentation] 新規亜鉛酸硫化物のフラックス合成，構造，第二高調波特性 (2019)
  • Author(s): 辻本 吉廣, Christian Juillerat,Hans-Conrad zur Loye, Weiguo Zhang, P. Shiv Halashamani, 藤井 孝太郎，八島 正知
  • Organizer: 日本セラミックス協会2019年会
• [Presentation] 極性構造をもつ新規亜鉛酸硫化物の合成と第二高調波発生 (2018)
  • Author(s): 辻本 吉廣
  • Organizer: 第28回日本MRS年次大会
  • Invited
• [Presentation] 強相関電子系クロム酸フッ化物ペロブスカイトの低温合成 (2018)
  • Author(s): 辻本 吉廣，Su Yu，山浦 一成
  • Organizer: 第28回日本MRS年次大会
• [Presentation] 層状酸ハロゲン化物ペロブスカイトを舞台とした配位制御と新奇物性の開拓 (2018)
  • Author(s): 辻本 吉廣
  • Organizer: 日本セラミックス協会第３１回秋季シンポジウム
  • Invited
• [Presentation] Possible spin-state transitionin a Cobalt oxychloride with 5-fold coordination (2018)
  • Author(s): 辻本 吉廣，中野 智，山浦 一成
  • Organizer: ICRAM2018
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Solid State Chemistry and Physics of New Layered Oxychloride Perovskites with Square Planar Units (2017)
  • Author(s): Yoshihiro Tsujimoto
  • Organizer: IUMRS-ICAM 2017
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] High-Pressure Synthesis and Physical Properties of fluorinated SrCrO3 (2017)
  • Author(s): Yu Su, Yoshihiro Tsujimoto, Kazunari Yamaura
  • Organizer: IUMRS-ICAM 2017
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] 5配位構造をもつコバルト酸塩化物のスピン転移の可能性 (2017)
  • Author(s): 辻本 吉廣
  • Organizer: 第27回日本MRS年次大会
• [Remarks] NIMS Researchers Directory Service: SAMURAI
  • URL: https://samurai.nims.go.jp/profiles/tsujimoto_yoshihiro?locale=ja