2020 Fiscal Year Research-status Report
化学圧力で相制御可能な多形磁性体の創製と磁気応答機能の探索
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18K03506
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| Research Institution | Tokyo University of Agriculture and Technology |
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Principal Investigator |
香取 浩子 東京農工大学, 工学(系)研究科(研究院), 教授 (10211707)
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| Project Period (FY) |
2018-04-01 – 2022-03-31
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| Keywords | 磁性 / 多形 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では化学組成が同じで結晶構造が異なる相が複数存在する磁性体を多形磁性体と呼ぶ。多形磁性体は、磁場による相制御が実現した場合、大きな磁気応答機能を持つことが期待される。本研究は、磁気応答機能が期待される多形磁性体は新たな機能性材料となりうるかという学術的問いに基づく。アンダルサイト構造、カイヤナイト構造、シリマナイト構造の3つの構造をとる多形鉱物 Al2SiO5 と同じ化学組成の磁性体 A2BO5 の研究には (1)化学圧力で相制御可能な多形磁性体の創製、(2)結晶構造と磁性との相関の研究、(3)磁気応答機能の探索、という点に学術的独自性・創造性がある。そこで本研究では A2BO5 を系統的に合成して化学圧力で相制御可能な多形磁性体を創製し、基礎物性の評価により巨大磁歪などの磁気応答機能を探索することを目的とする。
今年度は Fe2GeO5 に着目した。この物質はこれまで合成が困難であったが、GeFe2O4スピネルを酸化熱分解することにより合成することができた。また、これまでの(Al,Fe)2GeO5 に対する研究から Fe2GeO5 は多形であることが予想されていたが、Fe2GeO5 はカイヤナイト構造のみを形成することが分かった。多形とならなかった理由として、Feが酸素八面体配位を好むためと考えている。また、新規磁性体である Fe2GeO5 は弱強磁性体であることが分かった。
(Al,Fe)2GeO5 の中性子散乱実験のデータ解析をさらに進めることができた。昨年度、アンダルサイト構造の (Al,Fe)2GeO5 では非整合磁気構造が形成されていることを明らかにしたが、データ解析を進めた結果、その磁気構造の詳細が明らかになった。
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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
多形磁性体の探索のために、A2GeO5 について、A が様々な元素の場合において精力的に試料合成を行った。これまでに V2GeO5、Cr2GeO5 の磁性を明らかにしたてきたが、今年度はさらに Fe2GeO5 の磁性も明らかにすることができたため、A2GeO5 に関する研究が大いに進んだと考えている。また、多形を示す (Al,Fe)2GeO5 の磁気構造も、中性子散乱実験のデータ解析が進んだことにより、明らかにすることができた。
以上のことから、おおむね予定通りに研究が進展していると考えている。
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| Strategy for Future Research Activity |
Fe2GO5 の合成指針が得られたが、現在までの研究では Fe2GO5 が多形物質である可能性が低い。今後の多形物質の探索の指針を得るために、この物質が多形磁性体となり得なかった原因を詳細に解明する。また、V2GeO5 の磁性については分子軌道モデル、(Cr,V)2GeO5 の磁性については double exchange モデルの導入により説明が可能となったため、今後は A2GeO5 の磁性が総括的に議論できるように結晶構造と磁性の相関を明らかにする。
多形磁性体を示す(Al,Fe)2GeO5では２種類以上の構造が共存する試料も合成可能である。共存状態の試料は、準安定状態にあるために低磁場で容易に相変化できる「やわらかさ」を備えている可能性がある。そこで、最終年度は共存領域の試料に対して磁気応答機能の評価を行う。
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| Causes of Carryover |
新型コロナウイルスの蔓延による緊急事態宣言発布を受け、大学の指示により学生の登校が2か月間以上自粛され、また、液体ヘリウムの供給を受けている電気通信大学が数か月にわたり液体ヘリウムの供給を停止したため、当初予定していた低温実験を行うことができなかった。そのため、寒剤代が当初予定していたほどかからなかった。2020年度に実施できなかった実験は、2021年度に実施する。
また、学会等が全てオンライン開催となったため、当初予定していた旅費が不要となった。旅費として計上していた予算は、実験に使用することで、研究を促進させる計画である。
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