High-pressure synthesis of novel transition-metal oxides and exploring their functional properties

2023 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 20H00397
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (A)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Section: 一般
• Review Section: Medium-sized Section 36:Inorganic materials chemistry, energy-related chemistry, and related fields
• Research Institution: Kyoto University
• Principal Investigator: Shimakawa Yuichi 京都大学, 化学研究所, 教授 (20372550)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 後藤 真人 京都大学, 化学研究所, 助教 (10813545) ; デニスロメロ ファビオ 京都大学, 白眉センター, 特定助教 (10813537)
• Project Period (FY): 2020-04-01 – 2024-03-31
• Keywords: 遷移金属酸化物 / 機能特性 / 高圧合成法 / エピタキシャル薄膜成長 / 低温トポタクティック物質変換

Outline of Final Research Achievements

In this study, we aimed to synthesize novel transition-metal oxides using a unique synthetic method and to find novel functional properties in the resulting new materials. We discovered giant barocaloric effects and multicaloric effects in the A-site-ordered perovskite-structure oxides. In LaCa2Fe3O9 with unusually high valence Fe ions synthesized by the high-pressure method, we found that oxygen ions are released from and incorporated into the structure at relatively low temperatures, the so-called mid-low temperature range. In addition, we synthesized CaCo3Ti4O12 containing magnetic ions only at the A site in the perovskite structure and revealed a complex antiferromagnetic structure consisting of three orthogonal spin sublattices. The obtained results indicate that new materials with novel functional properties can be developed by using a unique material synthesis method.

Free Research Field

固体化学、材料科学

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

本研究は、高圧法、エピタキシャル薄膜成長、低温トポタクティック物質変換などの特異な物質合成手法により新たな機能を有する新物質・材料を開発できることを示した点で学術的な意義がある。これらの手法により合成した物質では、熱量効果や2次元的なLiイオン伝導、低温での酸素脱離、磁気特性など、資源・エネルギー・環境分野におけるさまざまな課題の解決に資する特性であり、それらの特性を示す新物質・新材料開発は社会からも大きな期待が寄せられているものである。