2013 Fiscal Year Research-status Report
スピン状態の自由度をもった遷移金属無機化合物の構造相転移と交差相関物性
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25400365
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Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
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| Research Institution | Nagoya Institute of Technology |
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Principal Investigator |
浅香 透 名古屋工業大学, 工学(系)研究科(研究院), 准教授 (80525973)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
阿部 伸行 東京大学, 新領域創成科学研究科, 助教 (70582005)
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| Project Period (FY) |
2013-04-01 – 2016-03-31
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| Keywords | 交差相関物性 / 構造相転移 / スピン状態転移 / 遷移金属酸化物 |
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| Research Abstract |
ダブルペロブスカイトコバルト酸化物（RBaCo2O5+x）において、RサイトをR = Eu, Gd, Tbと変化させた多結晶試料を合成した。熱処理条件を調整することで、酸素量xを制御し、室温で~3a×~3aの擬整合変調構造をもつ結晶相（以下、3a×3a擬整合変調構造相と記す）の単相試料の合成に、上記のRのすべてに対して成功した。ここで3a×3aの超構造相はR = Gdの時に特異な構造相転移を示すことを申請者らが明らかにした結晶相である。
得られた試料に対して、高温電子回折実験を行い、構造相転移の確認を行った。全ての試料が高温で3a×3a擬整合変調構造相から1a×2a超構造相へ相転移することを見出した。また、転移温度はRサイトのイオン半径に応じて変化することが分かった。
多結晶試料について明確な構造相転移を示したEuBaCo2O5+xとGdBaCo2O5+xの単結晶試料の育成を行った。浮遊帯域溶融法による結晶育成において雰囲気調整することで、室温で3a×3a擬整合変調構造相の作製に成功した。得られた試料に対して、高温電子回折実験を行った結果、多結晶試料と同様、構造相転移を確認した。
GdBaCo2O5+x単結晶試料に対して高分解能電子顕微鏡観察を行った結果、3a×3a擬整合変調構造相には3a×3a整合変調構造における欠陥構造が関係していることがわかった。
合成した多結晶試料の磁化の温度依存性を測定した。温度変化に関する磁気転移点（この変化点の上下でCoイオンの有効磁気モーメントの大きさが変化する）を組成―温度平面上の結晶構造相図の上にプロットし、磁気転移点と構造相転移点には明瞭な相関があることが見出した。さらに、単結晶試料についても、多結晶試料と同様、構造相転移点の上下の温度でCoの有効磁気モーメントの大きさが変化することを見出した。
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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
本研究の目的はスピン状態転移を示すと考えられる物質群を対象に新奇交差相関物性の開拓と物質探索を行うものであるが、目的達成のために計画したH25年度研究課題については、そのほとんどについて達成した。特に組成―温度相図上で構造相転移と磁気転移の相関を見出したことは本研究の目的達成に向けて大きく進展したと言える。また、高分解能電子顕微鏡により明らかにした擬整合変調構造の局所構造の詳細は、ダブルペロブスカイトコバルト酸化物が示す構造相転移に対して重要な知見を与える。加えて、H26年度も引き続き行う予定である、構造相転移を示す物質の単結晶育成については当初計画以上に進展している。しかしながら、スピン状態転移の分光学的手法による直接観測については、大きく進展させることができなかった。そこで、おおむね順調に進展していると判断した。
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| Strategy for Future Research Activity |
RBaCo2O5+xの新奇交差相関物性として、圧力効果と光誘起相転移を中心に物性開拓を行う。圧力と光はいずれもスピン状態転移に影響を与えると期待されるものである。
これまでのRBaCo2O5+xの研究をふまえ、Co3+やFe2+、Fe3+などスピン状態転移を示す可能性があるイオンを含んだ無機化合物を中心に、外場―構造交差相関物性を示す物質を探索する。見出した物質については単結晶試料を作製し、電子顕微鏡法と単結晶X線回折法を用いて磁場―構造相関物性を初めとした構造物性と電気、磁気的基礎物性の評価により新奇物性発現物質の開発を行う。
これまでに育成している単結晶試料に対して結晶構造解析を行うことにより、変調構造の特徴の解明と酸素量xの定量を行う。さらに、高温単結晶X線回折を行うことにより、構造相転移時の結晶構造の詳細を調べ、コバルト酸化物や鉄酸化物における結晶構造とスピン状態の相関について明らかにする。
また、H25年度に行う予定であった構造相転移時のスピン状態の変化を分光学的手法で観測することに関しては、引き続き検討を行う。電子エネルギー損失分光法をもちいて、電子回折パターンを同時計測しながら、Coのスピン状態の評価を行う。
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| Expenditure Plans for the Next FY Research Funding |
当該年度途中より、単結晶X線回折によるその場計測ホルダーの作製を検討しているが、その設計に時間を要し、完成に至らなかった。次年度使用額はその試料ホルダーの作製費用に相当する。
当該年に完成に至らなかった単結晶X線回折その場計測ホルダーの作製費用に充てる計画である。
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