2016 Fiscal Year Research-status Report
スピン熱伝導現象を利用した高熱伝導物質の開拓と機構解明
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16K06716
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| Research Institution | Tohoku University |
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Principal Investigator |
川股 隆行 東北大学, 工学研究科, 助教 (00431601)
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| Project Period (FY) |
2016-04-01 – 2019-03-31
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| Keywords | スピンによる熱伝導 / 低次元スピン系 / 鉄酸塩化物 / 単結晶育成 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
低次元量子スピン系の物質では、局在スピンが大きな熱を運ぶことが分かってきており、絶縁性の高熱伝導材料への応用が期待されている。本研究は、2次元スピン系の遷移金属酸塩化物に注目し、その大型単結晶を育成して熱伝導を測定することによって、（目的Ⅰ）高スピン熱伝導「室温で50W/Km」を有する物質を創製すること、（目的Ⅱ）高スピン熱伝導の機構「スピン量子数Sとスピン熱伝導の大きさの関係」を解明することを目的としている。今年度は、１．CaFeO2Clと２．Ca2FeO3Clに対して研究を行った。
１．S=5/2のスピンを持つCaFeO2Clの単結晶育成と熱伝導：溶媒移動型浮遊帯域法、フラックス法、ブッリジマン法を用いて単結晶の育成を試みた。その結果、最適化された育成条件のおけるフラックス法によって、過去の報告よりもかなり大きな約1×2×10mm3の大型単結晶の育成に成功した。熱伝導率を測定した結果、大きなスピンによる熱伝導が存在していないことがわかった。これは、この物質は30K付近でスピングラス転移するため、磁気相関が短距離になっており、磁気励起子の平均自由行程が短くなっているためと考えられる。
２．S=5/2のスピンを持つCa2FeO3Clの単結晶育成と熱伝導：溶媒移動型浮遊帯域法、フラックス法、ブッリジマン法を用いて単結晶の育成を試みた。フラックス法が適していることがわかったが、単結晶の育成には成功しなかった。生成物質を明らかにすることで、育成には外部からの酸素供給が必要であることがわかった。
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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
CaFeO2Clにおいて、本研究で最も重要な「熱伝導率が測定可能な大きさの単結晶を育成すること」に成功した。本研究対象の物質は全て遷移金属酸塩化物であり、本年度の研究によって、遷移金属酸塩化物の大型単結晶育成のノウハウをかなり得ることができた。また、CaFeO2Clの熱伝導率の測定を行い、スピンによる熱伝導が小さいという結果を得ることができた。以上より、おおむね順調に進展していると言える。
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| Strategy for Future Research Activity |
まず、本年度で得られた遷移金属酸塩化物の大型単結晶育成のノウハウを元にして、S = 1のスピンを持つ２次元スピン系Sr3Co2O5Cl2とSr2CoO3Clの単結晶育成を行い、熱伝導率を測定する。また、単結晶の育成中に酸素供給できるような条件で、Ca2FeO3Cl単結晶の育成を試みる。
CaFeO2Clは、磁気特性に関する報告が全くない。そのため、育成した大型単結晶を使って、スピンによる熱伝導との関係を調べるためにも、磁気特性を明らかにすること必要がある。
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| Causes of Carryover |
次年度使用額は、今年度の研究を効率的に実行したことによって生じた未使用額である。
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| Expenditure Plan for Carryover Budget |
次年度の請求額と合わせて、部品費（消耗品費）として使用する予定である。
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