2017 Fiscal Year Annual Research Report
放射光Ｘ線を用いた異常原子価遷移金属化合物の精密構造解析と秩序状態の直接観測
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16J04046
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| Research Institution | Nagoya University |
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Principal Investigator |
小林 慎太郎 名古屋大学, 工学研究科, 特別研究員(PD) (10771892)
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| Project Period (FY) |
2016-04-22 – 2019-03-31
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| Keywords | 異常原子価化合物 / 放射光X線 / フラストレーション / 構造解析 / 単結晶 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本課題では、異常原子価の元素をもつ遷移金属化合物の物質開発および放射光X線回折測定による特異な電子状態の解明を目指した研究を進めている。当該年度は、ソフト化学手法の拡張による物質開発や試料の純良化および放射光X線を用いた構造物性研究を行った。
ソフト化学反応により得られたCrSe2におけるCrの価数状態に関する知見を得るため、類似の構造をもつ3価のCrを含むセレン化物LiCrSe2とソフト化学反応により得られた生成物CrSe2の放射光粉末X線回折による構造比較およびCr K吸収端のXANES測定による価数状態の比較を行った。その結果、Cr-Se間距離はLiCrSe2に比べてCrSe2で短くなっており、またXANES測定におけるCrのK吸収端の立ち上がりのエネルギーがLiCrSe2に比べてCrSe2において高エネルギー側へとシフトしていることが確認された。これらの結果は、ソフト化学反応によりCrの価数が3価より高価数になったことを示唆しており、ソフト化学手法を用いることで高価数状態のCr化合物が合成可能であることを示している。ソフト化学反応により合成したクロムスピネル化合物においても同様の結果を得ることに成功した。
また、本研究の中心となる逐次構造相転移を示す層状物質CrSe2の構造物性研究においても成果が得られた。放射光粉末X線回折による構造解析の結果、1段階目の相転移においてCrの1次元的なクラスターが形成され、2段階目の相転移においてそのクラスターパターンが変化することが明らかになった。今後このクラスター形成の駆動力となる不安定性を明らかにすることで、CrSe2の構造相転移の起源およびCr4+という異常原子価のCrの役割を明確化できると考えている。
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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
単結晶の合成手法の検討と放射光X線回折測定を組み合わせてフィードバックをかけながら研究を進めることで、従来よりも純良な試料を得ることができた。今後より最適な合成条件を明らかにできれば、精密構造解析を行うことが可能な結晶性の良い単結晶試料を得られる可能性があると期待できる。
また、放射光粉末X線回折測定を行うことで、CrSe2の2段階の相転移に伴う構造変化が明らかになりつつある。今後さらに単結晶X線回折測定とも組み合わせて、構造解析を行うことで、CrSe2の基底状態における電子状態が明らかになることが期待される。さらに、異常高価数のCrを含む化合物の電子状態を多角的に調べるため、新たにEXAFS測定やXANES測定に着手し、その解析を現在進めている。局所構造も含めて議論を進めることで、異常原子価化合物の電子状態がより明確になることが期待できる。
このような成果を国内学会、アメリカ物理学会で発表し、さらに学術論文を執筆・投稿中である。これらのことを踏まえると、研究の進展はおおむね順調である。
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| Strategy for Future Research Activity |
昨年度と同様に、CrSe2および周辺物質の純良試料の合成手法の確立を目指した研究を進める。きわめて純良な試料が得られた際には、再度放射光X線回折実験を行い、精密構造解析を試みたい。
一方で、これまで行ってきた放射光X線回折実験により得られたデータには、解析を進める上でいくつかの課題があることが明らかになってきている。その一つである結晶方位の異なるドメインに対する構造解析手法に関しては、現在確立されつつある。今後もその他の課題に関しても解析手法の検討を重ね、より信頼度の高い構造解析を行えるように尽力したい。これらの結果から、CrSe2およびその周辺物質の低温構造および相転移の起源を明らかにしたいと考えている。また、昨年度に引き続き放射光を用いたXANES測定やEXAFS測定およびそのデータ解析を進めることで、異常高価数の元素を含む化合物の電子状態を多角的に研究したいと考えている。
さらに、ソフト化学手法を用いて、異常高価数の元素を含む物質の物質開発も引き続き進める予定である。得られた試料の磁化・輸送特性・構造を詳細に調べ、特異な物理現象や機能性材料を見出したいと考えている。
また、最終年度でもあるため、得られた結果を学会発表や学術論文という形で積極的に発表したいと考えている。
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Research Products
(6 results)
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[Presentation] カゴメ弗化物A2BM3F12（A, B: アルカリ金属, M: 3d遷移金属）の構造物性研究2017
Author(s)
小林慎太郎, 菅原健人, 後藤真人, 白上龍, 道岡千城, 植田浩明, 吉村一良, 片山尚幸, 澤博
Organizer
日本物理学会2017年秋季大会
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