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

Pioneering solid-state metathesis using molecular-anion compounds as precursors for creation of supra ceramic quantum materials

Publicly Offered Research

Project AreaSupra-ceramics: Molecule-driven frontier of inorganic materials
Project/Area Number 23H04616
Research Category

Grant-in-Aid for Transformative Research Areas (A)

Allocation TypeSingle-year Grants
Review Section Transformative Research Areas, Section (II)
Research InstitutionTokyo University of Agriculture and Technology

Principal Investigator

原口 祐哉  東京農工大学, 工学(系)研究科(研究院), 助教 (70808667)

Project Period (FY) 2023-04-01 – 2025-03-31
Project Status Granted (Fiscal Year 2024)
Budget Amount *help
¥5,460,000 (Direct Cost: ¥4,200,000、Indirect Cost: ¥1,260,000)
Fiscal Year 2024: ¥2,730,000 (Direct Cost: ¥2,100,000、Indirect Cost: ¥630,000)
Fiscal Year 2023: ¥2,730,000 (Direct Cost: ¥2,100,000、Indirect Cost: ¥630,000)
Keywords超セラミックス / 水熱合成 / 固相メタセシス / 低温合成 / 分子アニオン / 量子磁性 / 分子カチオン / 立体配座 / 量子物質 / 分子アニオン化合物 / キタエフ
Outline of Research at the Start

本研究では超セラミックスのコンセプトの下、固相メタセシスを用いた量子物質の開発方法を大きく拡充させる。具体的には、(1)分子アニオン化合物を前駆体とした固相メタセシスにより新しい超セラミックスを設計・合成し、量子物質研究の対象物質を拡充し、それを実現するために(2)混合エントロピー増大による固相メタセシスの完全制御法などの新たな手法を開発する。さらに(3)分子アニオンに由来する局所構造を利用した新奇な電子・量子状態を開拓する。これによって、超セラミックスの概念を量子物質開発の新たなフロンティアとするための基盤を構築する。

Outline of Annual Research Achievements

カゴメ格子化合物karpenkoiteCo3V2O7(OH)2(H2O)2の水熱合成において、溶液のpH制御により、分子アニオン[V2O7]4-の立体配座をねじれ型から重なり型へ変化させることに成功しました。この多形体の違いにより、ねじれ型は反強磁性転移を、重なり型ではスピングラス転移を示し、立体配座が磁性層の特性を制御することが明らかになりました。さらに、200℃の飽和KCl水溶液中で反応させることで、結晶水がK+およびCl-に交換され、新物質KCo3V2O7(OH)2Clが生成することがわかりました。この物質では、前駆体の形状に関わらず[V2O7]4-は重なり型を取り、これはV2O7の酸素と塩素の電子反発を最小化する構造だと判明しました。
また、ハイドロフラックス法により新物質KCoAsO4の合成に成功しました。KCoAsO4のKイオンを様々な分子カチオンに交換可能であることが確認され、分子カチオン-分子アニオンハイブリットという新しい物質探索空間プラットフォームとしての可能性を示しました。KCoAsO4については、磁化率、等温磁化および比熱測定から量子スピン液体を実現する量子模型を実現するよい候補物質となる可能性が見出されています。
さらに、アルカリ金属分子アニオン前駆体であるカルボジイミド化合物Li2NCN、Na2NCN、およびZnNCN、さらにはホスホセレナイド化合物Na2PSe3やNa3PSe4などの安定的な合成手法を確立することができました。

Current Status of Research Progress
Current Status of Research Progress

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

Reason

分子アニオンの立体配座に戻づく磁性制御や、分子カチオン-分子アニオンハイブリットなどの超セラミックスの新たな方向性を見出すことができたが、当初の計画であるアルカリ金属分子アニオン化合物を前駆体とする固相メタセシス合成の新反応の発見には至っていない。

Strategy for Future Research Activity

引き続き固相メタセシス新反応の開拓を進める。第一原理計算を用いた熱力学的安定性に基づく反応設計を積極的に進めることで、超セラミックスを創出する新反応の発見を行う。また、前年度に見出した分子アニオンの立体配座に基づく電子状態の制御や、分子アニオン-分子カチオンハイブリット系での新奇機能性の開拓も並行して行う。

Report

(1 results)
  • 2023 Annual Research Report
  • Research Products

    (9 results)

All 2024 2023 Other

All Journal Article (2 results) (of which Peer Reviewed: 2 results,  Open Access: 2 results) Presentation (6 results) (of which Invited: 1 results) Remarks (1 results)

  • [Journal Article] Impact of oxidation state on the valence-bond glass physics in the lithium-intercalated Mo3O8 cluster Mott insulators2024

    • Author(s)
      Ishikita Daigo、Haraguchi Yuya、Katori Hiroko Aruga
    • Journal Title

      Physical Review B

      Volume: 109 Issue: 2 Pages: 024405-024405

    • DOI

      10.1103/physrevb.109.024405

    • Related Report
      2023 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Magnetic Ordering in the Jeff = 0 Nickelate NiRh2O4 prepared via a solid-state metathesis2023

    • Author(s)
      Haraguchi Yuya、Nishio-Hamane Daisuke、Katori Hiroko Aruga
    • Journal Title

      Physical Review Materials

      Volume: 7 Issue: 8 Pages: 084413-084413

    • DOI

      10.1103/physrevmaterials.7.084413

    • Related Report
      2023 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Presentation] (受賞記念講演)新しいキタエフ物質の開発2024

    • Author(s)
      原口祐哉
    • Organizer
      日本物理学会 2023年春季大会
    • Related Report
      2023 Annual Research Report
    • Invited
  • [Presentation] S=1 Ni2+ ハニカム格子物質ANi2TeO6はキタエフ磁性体か?2023

    • Author(s)
      原口祐哉, 松尾晶, 金道浩一, 香取浩子
    • Organizer
      日本物理学会第78回年次大会
    • Related Report
      2023 Annual Research Report
  • [Presentation] 122型鉄系化合物KFe2P2における近藤効果2023

    • Author(s)
      若杉和弘, 原口祐哉, 中村真一, 勝藤拓郎, 香取浩子
    • Organizer
      日本物理学会第78回年次大会
    • Related Report
      2023 Annual Research Report
  • [Presentation] Co2+ ハニカム格子量子磁性体の合成とKitaev磁性2023

    • Author(s)
      伊藤正明, 原口祐哉, 松尾晶, 金道浩一, 香取浩子
    • Organizer
      日本物理学会第78回年次大会
    • Related Report
      2023 Annual Research Report
  • [Presentation] 新しいダイヤモンド格子フラストレート磁性体における渦磁性の探索2023

    • Author(s)
      久米田理桜, 原口祐哉, 松尾晶, 金道浩一, 香取浩子
    • Organizer
      日本物理学会第78回年次大会
    • Related Report
      2023 Annual Research Report
  • [Presentation] ブリージング格子を有する磁性体における新奇フラストレート磁性の開拓2023

    • Author(s)
      北村昌大, 原口祐哉, 松尾晶, 金道浩一, 香取浩子
    • Organizer
      日本物理学会第78回年次大会
    • Related Report
      2023 Annual Research Report
  • [Remarks] 工学研究院 先端物理工学部門 原口祐哉助教が「第18回(2024年)日本物理学会若手奨励賞」を受賞

    • URL

      https://www.tuat.ac.jp/NEWS/winning/20231023_01.html

    • Related Report
      2023 Annual Research Report

URL: 

Published: 2023-04-13   Modified: 2024-12-25  

Information User Guide FAQ News Terms of Use Attribution of KAKENHI

Powered by NII kakenhi