2016 Fiscal Year Annual Research Report
Insulator-to-metal transition and ferromagnetic properties of alkali-metal s-electron system in regular nanospaces of zeolites
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24244059
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| Research Institution | Osaka University |
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Principal Investigator |
野末 泰夫 大阪大学, 理学研究科, 教授 (60125630)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
萩原 政幸 大阪大学, 理学研究科, 教授 (10221491)
中野 岳仁 大阪大学, 理学研究科, 助教 (50362611)
五十嵐 睦夫 群馬工業高等専門学校, その他部局等, 教授 (60259819)
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| Project Period (FY) |
2012-04-01 – 2017-03-31
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| Keywords | 絶縁体金属転移 / 磁性 / アルカリ金属クラスター / ゼオライト / 電子相関 / 電子格子相互作用 / ポーラロン / NMR |
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| Outline of Annual Research Achievements |
ゼオライト結晶の配列したナノ空間におけるアルカリ金属の性質は，ゼオライト骨格の種類とアルカリ金属の種類とその吸蔵量に依存して様々に変化し，興味ある性質を示す。これらを統一的に理解するため，Holstein-Hubbardハミルトニアンをベースとする粗視化モデルを提案した。このモデルでは，細孔内のアルカリ金属クラスターの局在ｓ電子を強束縛近似で扱い，細孔間の電子遷移エネルギーtと電子格子相互作用エネルギーSに加えて，細孔内の２電子間の斥力エネルギーUを加え，それに細孔当たりの平均ｓ電子数nを仮定して，t-U-S-nダイヤグラムによる相関ポーラロン系を考える。その結果，ラージポーラロン(LP)，スモールポーラロン(SP)，スモールバイポーラロン(SBP)によって磁性や絶縁体金属転移がおおよそ説明できることがわかった。
具体的には，ゼオライトLSXのダイヤモンド構造で配列したスーパーケージとβケージにKクラスターを形成すると，スーパーケージに遍歴電子強磁性，βケージに局在電子系の磁気モーメントが形成され，その非等価な磁気副格子間に反強磁性相互作用が発生してフェリ磁性が発現する。それと共に，低温で急激な電気抵抗の増大が観測される。これを，フェリ磁性の発現と共に，遍歴電子とβケージの局在電子の混成による電子相関によってフェルエネルギーに微小なギャップが発生し，近藤絶縁体に類似した状態が形成されると解釈した。
また，ゼオライトLSXのNaクラスターでは，nを増加させると絶縁体から金属へ転移し，さらに室温に向かって顕著に増大する磁化率が観測される。これを，LPとSPが共存し，SPが熱的に励起されて磁化率が増大すると解釈した。一方， 23Na-NMRでは磁化率と共にシフトするシャープな共鳴が観測され，共存するLPとSPのダイナミカルな運動によるｓ電子の磁性が観測されていると解釈した。
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| Research Progress Status |
28年度が最終年度であるため、記入しない。
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| Strategy for Future Research Activity |
28年度が最終年度であるため、記入しない。
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[Journal Article] Magnetic moments and ordered states in pyrochlore iridates Nd2Ir2O7 and Sm2Ir2O7 studied by muon-spin relaxation2017
Author(s)
R. Asih, N. Adam, S. S. M. Tajudin, D. P. Sarid, K. Matsuhira, H. Guo, M. Wakeshima, Y. Hinatsu, T. Nakano, Y. Nozue, S. Sulaiman, M. I. M. Ibrahim, P. K. Biswas, I. Watanabe
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Journal Title
J. Phys. Soc. Jpn.
Volume: 86
Pages: 024705 1-7
DOI
Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
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[Journal Article] Magnetoelectric Behavior from the S=1/2 Asymmetric Square Cupolas2017
Author(s)
Y. Kato, K. Kimura, A. Miyake, M. Tokunaga, A. Matsuo, K. Kindo, M. Akaki, M. Hagiwara, M. Sera, T. Kimura, and Y. Motome
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Journal Title
Phys. Rev. Lett.
Volume: 118
Pages: 107601 1-5
DOI
Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
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[Journal Article] Magnetodielectric detection of magnetic quadrupole order in Ba(TiO)Cu4(PO4)4 with Cu4O12 square cupolas2016
Author(s)
K. Kimura, P. Babkevich, M. Sera, M. Toyoda, K. Yamauchi, G. Tucker, J. Martius, T. Fennell, P. Manuel, D. Khalyavin, R. Johnson, T. Nakano, Y. Nozue, H. Ronnow, and T. Kimura
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Journal Title
Nature Commun.
Volume: 7
Pages: 13039 1-7
DOI
Peer Reviewed / Int'l Joint Research
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