2020 Fiscal Year Annual Research Report
Synthesis of hypermaterials
| Project Area | Hypermaterials: Inovation of materials scinece in hyper space |
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| Project/Area Number |
19H05818
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| Research Institution | Tokyo University of Science |
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Principal Investigator |
田村 隆治 東京理科大学, 先進工学部マテリアル創成工学科, 教授 (50307708)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
木村 薫 東京大学, 大学院新領域創成科学研究科, 教授 (30169924)
室 裕司 富山県立大学, 工学部, 准教授 (50385530)
山田 庸公 東京理科大学, 理学部第一部応用物理学科, 助教 (60638584)
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| Project Period (FY) |
2019-06-28 – 2024-03-31
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| Keywords | 準結晶 / 局在磁性 / 強相関系 / 半導体 / 酸化物 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
局在ハイパーマテリアルに関しては、Au系をはじめとする様々な合金系で1/1近似結晶および2/1近似結晶の単相試料を作製し、磁化測定によりワイス温度・磁気秩序を詳しく調べた。その結果、近似結晶の磁性が、個々の合金系によらず、平均価電子数のみに依存するというユニバーサルな振舞いを示すことを発見し、平均価電子数に対する磁気相図を得ることに成功した。次いで、この磁気相図を準結晶に適用し、強磁性領域において液体急冷単ロール法により準安定準結晶の探索を行った。その結果、Au-Ga-R(R=Gd,Tb)系において準結晶の合成に成功した。その磁化および比熱測定を行ったところ、強磁性転移が観測され、準結晶初の強磁性秩序を示唆する結果が得られた。またこの結果は、近似結晶で得られた磁気相図が準結晶に対しても適用可能であることを示すものである。
酸化物ハイパーマテリアルに関しては、構造モデルの構築に取り組んだ。第一原理計算で報告されたチタン酸バリウム(Ti-O-Ba)近似結晶の構造に基づき、準結晶の４次元構造モデルを作成した。半導体ハイパーマテリアルに関しては、Al-Pd-Ru 2/1近似結晶のバンド計算を行い、バンドギャップの有無を確かめ、半導体化するための置換元素を明らかにし、実験で確かめた。さらに、新規近似結晶Au-Si-R(R=Ce,Pr)を開発し、新たな強相関電子ハイパーマテリアルであることを発見した。
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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
準結晶における長距離磁気秩序の実現に向けた1/1および2/1近似結晶の磁気相図が完成した。この磁気相図を用いて準結晶を探索したところ、Au-Ga-R(R=Gd,Tb)系において準結晶の合成に成功し、その磁化・比熱曲線において強磁性転移を示唆する結果が得られた。このように準結晶における磁気秩序実現の可能性がにわかに高まっている。
酸化物ハイパーマテリアルに関しては、準結晶の構造に対して補空間フェイゾン歪を導入することで様々な近似度をもつ酸化物近似結晶のモデルを導くことに成功した。
半導体ハイパーマテリアルに関しては、Al-Pd-Ru 2/1近似結晶での計算でバンドギャップが実現し、熱電物性の実験から準結晶・近似結晶共に、電子ドープによって半導体化することが分かった。しかし、AlのSi置換の実験では、より金属化してしまった。
新しい強相関電子系ハイパーマテリアルの開発は順調に進めることができた。
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| Strategy for Future Research Activity |
準結晶のマクロ磁化測定で観測された強磁性転移の実証には、中性子回折実験による検証が不可欠であり、今後中性子回折実験を実施する予定である。
酸化物ハイパーマテリアルに関しては、ペロブスカイト型構造をとる酸化物のうち、セリウム酸バリウムが原子間距離などの構造的特徴がチタン酸バリウムともっとも類似性が高い。A01公募班と連携して、この系において酸化物ハイパーマテリアルを探索する。
半導体ハイパーマテリアルに関しては、まずは新たな準結晶・近似結晶の予測のため、A03班に準結晶・近似結晶の組成と相図のデータを提供し、予測に基づいて実験的探索を行う。
強相関系ハイパーマテリアルに関しては、Pr系ハイパーマテリアルはほとんど未開拓なので、Au-Si-Prの開発を起点にさらに開発を進める。
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[Journal Article] Phase relation between supercooled liquid and amorphous silicon2020
Author(s)
Okada Junpei T.、Sit Patrick H.-L.、Ishikawa Ryo、Ishikawa Takehiko、Chen Jinfan、Nakayama Koji S.、Maeda Kensaku、Yokoyama Yoshihiko、Watanabe Yuki、Paradis Paul-Francois、Watanabe Yasuhiro、Nanao Susumu、Ikuhara Yuichi、Kimura Kaoru、Uda Satoshi
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Journal Title
Applied Physics Letters
Volume: 116
Pages: 093705-1-4
DOI
Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
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[Presentation] Au-Ga-Ce 1/1近似結晶の硬X線内殻・価電子帯光電子分光2021
Author(s)
野末悟郎, 有長祐人, 濱本諭, 藤原秀紀, 木須孝幸, 玉作賢治, 矢橋牧名, 石川哲也, 東谷篤志, 山崎篤志, 今田真, 元売明瑞紗, 鈴木慎太郎, 田村隆治, 関山明
Organizer
日本物理学会 第76回年次大会（2021年）
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[Presentation] Tsai型2/1近似結晶における強磁性・反強磁性の発現2020
Author(s)
鈴木慎太郎, 石川明日香, 稲垣和樹, 吉田昌平, 山田庸公, 津川嵩史, 綾文哉, 藤井武則, 常盤和靖, 竹内恒博, 田村隆治
Organizer
第4回領域会議
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[Presentation] 超伝導・磁性ハイパーマテリアルの探索2020
Author(s)
K. Deguchi, Y. Hirano, K. Imura, N. K. Sato, A. Ishikawa, S. Suzuki, R. Tamura, N. Fujita, Y. Takagiwa, Y. Iwasaki, K. Kimura, H. Takakura
Organizer
新学術領域ハイパーマテリアル第5回領域会議
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[Presentation] Au-Ga-Ce系近似結晶の硬X線光電子分光2020
Author(s)
関山明, 野末悟郎, 藤原秀紀, 玉作賢治, 矢橋牧名, 石川哲也, 東谷篤志, 山崎篤志, 今田真, 元売明瑞紗, 鈴木慎太郎, 田村隆治
Organizer
新学術領域研究ハイパーマテリアル第5回領域会議
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[Presentation] Effects of Mg addition on magnetic behavior of Cd-Mg-RE (RE = Tb, Ce) 1/1 approximants2020
Author(s)
Farid Labib, Takayuki Shiino, Daisuke Okuyama, Nobuhisa Fujita, Tsunetomo Yamada, Daisuke Morikawa, Keiichiro Imura, Kazuhiko Deguchi, Kenji Tsuda, Taku Sato, Noriaki Sato, An-Pang Tsai
Organizer
日本物理学会2020年秋季大会
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