常温で導電体から絶縁体へ急変するスレーター材料の研究

2013 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 25289233
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
• Research Institution: National Institute for Materials Science
• Principal Investigator: 山浦 一成 独立行政法人物質・材料研究機構, 超伝導物性ユニット, 主席研究員 (70391216)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 辻本 吉廣 独立行政法人物質・材料研究機構, 先端材料プロセスユニット, 研究員 (50584075)
• Project Period (FY): 2013-04-01 – 2016-03-31
• Keywords: スレーター材料 / オスミウム酸化物 / 高圧合成 / LiOsO3 / NaOsO3

Research Abstract

新材料シーズであるナトリウム酸オスミウムの高品質結晶を高圧高温合成法で育成し、約１４０℃付近の転移の様子を分光学的に研究した。この研究により、これまでの特性評価研究から推定されたスレーター機構による転移である可能性がさらに高まった[1]。今後はさらに、材料応用を目指す基礎研究の充実、新規のスレーター材料シーズの探索を推進する。
ナトリウム酸オスミウムの関連物質として、関連性が高いリチウム酸オスミウムの新規合成に成功した。この結晶は実用強誘電材料であるリチウム酸ニオブと同型の結晶構造を有し、極めて類似する強誘電構造相転移を示すが、誘電体特有の電気的絶縁性を持たないため、誘電分極を示さない [2]。スレーター機構との直接的な関連性は薄いと思われるが、かなり特異な状況であるため、基礎的理解の充実、さらに新規用途を明らかにするための研究を進める。また、周辺物質として、オスミウムを含有する2重ペロブスカイト型酸化物の新規合成に成功した[3,4]。室温よりも高い磁気転移を示し、新材料として有用な高スピン分極を示す可能性があるため、研究を継続する。
[1] I. L. Vecchio, et al, Sci Rep 3, 2990-1-4 (2013).[2] Y. Shi, et al, Nat Mater 12, 1024-1027 (2013).[3] Y. Shi, et al, J. Am. Chem. Soc. 135, 16507-16516 (2013). [4] H. L. Feng,et al, J. Am. Chem. Soc. 136, 3326-3329 (2014).

Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

本年度は、モデル物質のスレーター転移機構の解明と、新規スレーター物質・周辺物質・関連物質の探索に重点を置いた。それぞれの課題で進展が見られた。特に、関連物質として合成したオスミウム酸リチウムが特異な強誘電構造相転移を示すことを見出したことは特筆に値する。この構造相転移は金属伝導性と共存する特異な状況にあると思われるが、転移機構は不明のままである。さらに用途開発、基礎的理解の充実が進めばスレーター材料とは別の新規材料シーズとなる可能性があるため、研究を継続する。

Strategy for Future Research Activity

現状の課題を継続するとともに、５ｄ酸化物に着目した新材料シーズの探索を進める。特にオスミウム含有２重ペロブスカイト型酸化物、オスミウム酸リチウムの周辺物質・関連物質の研究に重点を置く。

Expenditure Plans for the Next FY Research Funding

ポスドク研究員１名を雇用予定であったが、採用が不調であったため。
平成２５年度に不調であったポスドク研究員の採用計画を見直し、適任者１名を早期に雇用する。

Research Products

• [Journal Article] Bulk compound synthesis and oxygen deficiency effect on electronic and magnetic properties of the Zn-based oxyarsenide LaZnAsO1-delta (2014)
  • Author(s): Wang, X., Guo, Y. F., Li, B., Tsujimoto, Y. and Yamaura, K.
  • Journal Title: Journal of Alloys and Compounds Volume: 582 Pages: 241-245
  • DOI: 10.1016/j.jallcom.2013.08.075
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Unusual magnetic hysteresis and the weakened transition behavior induced by Sn substitution in Mn3SbN (2014)
  • Author(s): Sun, Y., Guo, Y. F., Tsujimoto, Y., Wang, C., Li, J., Wang, X., Feng, H. L., Sathish, C. I., Matsushita, Y. and Yamaura, K.
  • Journal Title: Journal of Applied Physics Volume: 115 Pages: 043509-1-8
  • DOI: 10.1063/1.4863173
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Superconductivity of delta-MoC0.75 synthesized at 17 GPa (2014)
  • Author(s): Sathish, C. I., Shirako, Y., Tsujimoto, Y., Feng, H. L., Sun, Y., Akaogi, M. and Yamaura, K.
  • Journal Title: Solid State Communications Volume: 177 Pages: 33-35
  • DOI: 10.1016/j.ssc.2013.09.024
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] High-Temperature Ferrimagnetism Driven by Lattice Distortion in Double Perovskite Ca2FeOsO6 (2014)
  • Author(s): Feng, H. L., Arai, M., Matsushita, Y., Tsujimoto, Y., Guo, Y. F., Sathish, C. I., Wang, X., Yuan, Y. H., Tanaka, M. and Yamaura, K.
  • Journal Title: Journal of the American Chemical Society Volume: 136 Pages: 3326-3329
  • DOI: 10.1021/ja411713q
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Crystal structure and magnetic properties and Zn substitution effects on the spin-chain compound Sr3Co2O6 (2013)
  • Author(s): Wang, X., Guo, Y. F., Sun, Y., Tsujimoto, Y., Matsushita, Y. and Yamaura, K.
  • Journal Title: Journal of Solid State Chemistry Volume: 204 Pages: 40-46
  • DOI: 10.1016/j.jssc.2013.05.014
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Extended Ni(III) Oxyhalide Perovskite Derivatives: Sr2NiO3X (X = F, Cl) (2013)
  • Author(s): Tsujimoto, Y., Yamaura, K. and Uchikoshi, T.
  • Journal Title: Inorganic Chemistry Volume: 52 Pages: 10211-10216
  • DOI: 10.1021/ic402008n
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] A ferroelectric-like structural transition in a metal (2013)
  • Author(s): Shi, Y. G., Guo, Y. F., Wang, X., Princep, A. J., Khalyavin, D., Manuel, P., Michiue, Y., Sato, A., Tsuda, K., Yu, S., Arai, M., Shirako, Y., Akaogi, M., Wang, N. L., Yamaura, K. and Boothroyd, A. T.
  • Journal Title: Nature Materials Volume: 12 Pages: 1023-1026
  • DOI: 10.1038/nmat3754
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] High-Pressure Synthesis of 5d Cubic Perovskite BaOsO3 at 17 GPa: Ferromagnetic Evolution over 3d to 5d Series (2013)
  • Author(s): Shi, Y. G., Guo, Y. F., Shirako, Y. C., Yi, W., Wang, X., Belik, A. A., Matsushita, Y., Feng, H. L., Tsujimoto, Y., Arai, M., Wang, N. L., Akaogi, M. and Yamaura, K.
  • Journal Title: Journal of the American Chemical Society Volume: 135 Pages: 16507-16516
  • DOI: 10.1021/ja4074408
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Superconductivity in Bismuth Oxysulfide Bi4O4S3 (2013)
  • Author(s): Sathish, C. I., Feng, H. L., Shi, Y. G. and Yamaura, K.
  • Journal Title: Journal of the Physical Society of Japan Volume: 82 Pages: 074703-1-6
  • DOI: 10.7566/jpsj.82.074703
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Direct observation of the depairing current density in single-crystalline Ba0.5K0.5Fe2As2 microbridge with nanoscale thickness (2013)
  • Author(s): Li, J., Yuan, J., Yuan, Y. H., Ge, J. Y., Li, M. Y., Feng, H. L., Pereira, P. J., Ishii, A., Hatano, T., Silhanek, A. V., Chibotaru, L. F., Vanacken, J., Yamaura, K., Wang, H. B., Takayama-Muromachi, E. and Moshchalkov, V. V.
  • Journal Title: Applied Physics Letters Volume: 103 Pages: 062603-1-5
  • DOI: 10.1063/1.4818127
  • Peer Reviewed
• [Presentation] New 5d Materials in Solid-State Osmium Oxides (2014)
  • Author(s): Yamaura, K.
  • Organizer: Topology in the New Frontiers of Materials Science
  • Place of Presentation: NIMS, Tsukuba, Japan
  • Year and Date: 20140401-20140402
  • Invited
• [Presentation] A ferroelectric-like transition in metallic oxide LiOsO3 (2013)
  • Author(s): Yamaura, Kazunari
  • Organizer: Department seminar
  • Place of Presentation: Department of Physics, Southeast University, Nanjing, China
  • Year and Date: 20131014-20131014
  • Invited
• [Presentation] A ferroelectric-like transition in a metal (2013)
  • Author(s): Yamaura, Kazunari
  • Organizer: The 9th Nanjing-Hokkaido-NIMS/MANA Joint Symposium on the Cutting Edge Chemistry
  • Place of Presentation: Huangshan, China
  • Year and Date: 20131011-20131013
  • Invited
• [Presentation] Unusual symmetry breaking in high-Tc Fe-based superconductor (2013)
  • Author(s): Yamaura, Kazunari
  • Organizer: Vortex Mater in Nanostructured Superconductors (VORTEX VIII)
  • Place of Presentation: Rhodes, Greece
  • Year and Date: 20130921-20130926
  • Invited
• [Presentation] ５ｄ電子系酸化物の新規開拓 (2013)
  • Author(s): 山浦一成
  • Organizer: 公益社団法人日本セラミックス協会 第26回秋季シンポジウム
  • Place of Presentation: 信州大学 （長野キャンパス）、長野市
  • Year and Date: 20130904-20130906
  • Invited
• [Presentation] High-pressure crystal growth and electromagnetic properties of perovskite related osmium oxides (2013)
  • Author(s): Yamaura, Kazunari
  • Organizer: New Opportunities to Study Magnetism and Related Phenomena in 4d and 5d Systems
  • Place of Presentation: Oak Ridge National Laboratory, Oak Ridge, TN
  • Year and Date: 20130722-20130724
  • Invited
• [Presentation] ペロブスカイト型オスミウム酸化物の高圧合成と物性 (2013)
  • Author(s): 山浦一成
  • Organizer: 第１回パイロクロアワークショップ「高対称性格子上の変幻自在電子」
  • Place of Presentation: 北海道大学、札幌市
  • Year and Date: 20130705-20130707
  • Invited
• [Presentation] High-pressure crystal growth and electromagnetic properties of perovskite oxides and related compounds (2013)
  • Author(s): Yamaura, Kazunari
  • Organizer: Collaborative Conference on Crystal Growth (3CG)
  • Place of Presentation: Cancun, Mexico
  • Year and Date: 20130610-20130613
  • Invited