2018 Fiscal Year Research-status Report
金属的な量子二次元三角格子反強磁性体に対する系統的な電荷ドーピングと物性研究
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17K05515
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| Research Institution | University of Fukui |
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Principal Investigator |
菊池 彦光 福井大学, 学術研究院工学系部門, 教授 (50234191)
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| Project Period (FY) |
2017-04-01 – 2020-03-31
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| Keywords | スピンフラストレーション / 磁気的性質 / 電気的性質 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では、金属的電気伝導性を示す S = 1/2 二次元三角格子反強磁性体 Ag2NiO2に対して、従来の高圧合成法ではなく水熱合成法による簡便かつ低コストな 方法で電荷ドーピングを行った試料を作成し、ドーピングに対する磁性、電気伝導性変化を系統的に調べることで、スピンフラストレーションが伝導性に与える 影響を実験的に検討する事を目的としている。今年度も昨年度に引き続き、Ag2NiO2および電荷ドープした試料の合成をおこない、得られた試料の電気的物性測定による物性を研究した。電荷ドーピングの試みとして、Agイオンを一部Hgイオンに置換した試料（Ag2(1-y)HgyNiO2)および酸素イオンをFイオンに一部置換した試料（Ag2NiO2(1-x)F2x)を作成した（Agイオンに対するCdドーピングも試みたが、Cdイオンが結晶サイトに入らない事がわかった）。対象物質と同じ晶系に属するAgCoO2も比較参照のために水熱合成法を用いて作成した（Ag2CoO2作成も試みたが、水熱合成法では作成できない事がわかった）。試料評価は粉末X線回折により行い、格子定数と元素置換量の間にある程度相関があることから、置換原子が見込みの結晶サイトに入っていると思われる。HgあるいはF置換した試料の電気抵抗を測定し、ドープ量に対して系統的に電気抵抗が変化する傾向があることを見いだした。 Ag2NiO2に対する電荷ドーピングの試み、および電気特性評価はこれまでなされていなかったものである。更にAgCoO2の電気抵抗は、Ag2NiO2と対照的に半導体であることを確認した。これらの得られた結果について、2018年度日本物理学会北陸支部定例学術講演会にて報告した。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
当該年度においては、二次元三角格子反強磁性体Ag2NiO2及び関連物質について、水熱合成による試料合成とその評価を行い、磁化率および電気抵抗といった巨視的な物性測定を行うことを目標としていた。関連試料として、当初予定していなかった新物質AgCoO2の合成も試みた。また当初の予定どおり、電荷ドーピングの試みとして、Agイオンを他のカチオンに一部置換した試料の合成、OイオンをFイオンに一部置換した試料も合成した。前年度、電極端子付けにおいてトラブルが生じた電気抵抗測定は、新規購入したペーストを用いて測定することが可能となり、ドーピング量に対して電気抵抗が相関して変化する事を見いだした。しかしながら、磁化率測定に不可欠なSQUID磁力計(MPMS)において、MPMS内部への試料導入部になんらかの物質が固着していることが年度後半になって判明し、実質4ヶ月にわたって磁化率測定が不可能となった。これは全く予想していなかった事態である。製造元であるカンタムデザイン社の技術者の技術的支援を仰いで対応し、2019年2月になってようやく測定を行える事が可能となった。ただし、測定装置の校正や調整が必要であるため、いまにいたっても本調子とはいえない。更に、測定に必要な液体ヘリウムの供給が世界的に逼迫しており、研究遂行に必要な量を確保することが難しくなってきたこともあり、研究の進捗が遅れている。
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| Strategy for Future Research Activity |
2017年度は、試料作成はある程度予定したものができたものの、SQUID磁力計のトラブルのために、研究進捗が少し遅れた。そのため、試料の巨視的な磁気的性質、電気的性質と不純物置換量との相関を明確にするといった昨年の目標達成が不十分である。今年度は、まずSQUID磁力計の最終的な調整・対策（標準試料を用いた精密な磁化率値の校正、試料導入部に固着した物質の完全な除去、原因の同定と対策）を行い、上記目標達成をめざす。また、昨年、主として液体ヘリウム供給の問題を背景として十分にはおこなえなかった磁気共鳴を用いた微視的な磁性研究を行う。SQUID修理に時間がとられてしまったため、十分におこなえなかった電子構造の第一原理計算を行える計算機環境の整備を更にすすめる。
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| Causes of Carryover |
磁化率の温度、磁場変化依存性の測定を行うことを予定していたSQUID磁力計が装置トラブルのため、実質4ヶ月間使用できなかった。本装置の動作には有償の液体ヘリウムを寒剤として使用する必要がある（超伝導磁石の励磁、および温度制御のため）が、そのための寒剤費が未使用のために残った。この次年度使用額は、当該年度に行えなかった測定を、翌年度分として請求した助成金と合わせて行うために使用する予定である。なお、液体ヘリウムの当大学での代金は、2019年4月以降１リットル当たり500円である。
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Research Products
(2 results)
