2014 Fiscal Year Research-status Report
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26390045
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| Research Institution | The University of Tokyo |
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Principal Investigator |
荻野 拓 東京大学, 工学(系)研究科(研究院), 助教 (70359545)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
下山 淳一 青山学院大学, 理工学部, 教授 (20251366)
岸尾 光二 東京大学, 工学(系)研究科(研究院), 教授 (50143392)
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| Project Period (FY) |
2014-04-01 – 2017-03-31
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| Keywords | 複合アニオン化合物 / 層状化合物 / 自然超格子 / 発光 / 超伝導 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
我々は複合アニオン化合物と呼ばれる、複数の層が交互に積層した層状化合物において、様々な観点から相生成指針を見出すことにより、鉄系超伝導体を中心に多数の新規化合物を発見した。これらの化合物は超伝導相と絶縁層が積層した二次元化合物だが、例えば半導体層と絶縁体層が積層した化合物の場合には自然超格子を形成することから、量子閉じ込め効果やそれに由来する励起子発光が発現することが期待できる。そこで類似の構造を持つ新物質を開拓し、構成元素や積層周期や格子サイズを変化させることで、超伝導や発光など様々な機能性を発現させることを目的として研究を行った。
我々はこれまでに、励起子発光物質Sr2ScCuSO3をはじめ数多くの複合アニオン化合物を発見している。この際に得られた知見を元に新規化合物の探索を行った。その結果、MnAs層、AgSe層を持つ化合物を中心に、30種以上の化合物を発見した。このうちSr2ScCuSeO3、Ba3Sc2Cu2Se2O5、Ba3RE2Ag2Se2O5など様々な関連化合物で励起子発光を観測した。これらの化合物の発光は蛍光寿命が非常に短いことから、例えばシンチレータとして応用が期待できる。この他広いバンドギャップと、酸素5配位の希土類サイトという特異な配位環境を持つ化合物、Ba3RE2Cl2O5を発見した。今後希土類サイトに発光元素を添加して特性を評価する予定である。この他、BiS2層を持つ複合アニオン化合物Bi2OS2をXeF2を用いて低温でフッ化するトポタクティック反応で超伝導化することを見出した。この手法は他の化合物にも適用可能で、今後の発展が見込まれる。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
1: Research has progressed more than it was originally planned.
Reason
本研究では系統的に物質探索を進めることで、まだ成果発表を行っていないものも含めて100種を超える複合アニオン化合物を発見した。このうちSr2ScCuSeO3、Ba3RE2Ag2Se2O5といった化合物が励起子発光することを見出した。これらの化合物はいずれもバンド端近傍のバンドはセレン化物層の原子に由来しており、これらの発見により、構造と構成元素からある程度電子状態の見通しをつけた物質探索が可能になった。これらの化合物の発光特性を評価することで、構成元素によりバンドギャップと発光波長を制御できること、積層構造により発光の温度依存性を制御できることが明らかとなった。これ以外にも数多くの化合物を発見しており、例えばSr2VMnAsO3、Sr2Mn3Bi2O2は抵抗率が大きな圧力依存性を持つことや、広いバンドギャップと特異な配位環境を持ち、蛍光体としての応用が期待できるBa3RE2Cl2O5を発見した。また光学特性以外にも、MnAs層を持つ化合物での圧力効果や、BiS2層を持つ化合物のトポタクティック反応による超伝導化を見出した。特にトポタクティック反応については汎用性があり、これまで発見した化合物などに適用することで超伝導などの機能発現が期待できる。このように物質の数、機能共に当初の計画より大きな成果を挙げており、今後の発展が見込めると考えている。
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| Strategy for Future Research Activity |
昨年度内には成果発表まで至らなかったものを含め、本研究では非常に多くの複合アニオン化合物を発見した。機能性の面でも、例えばBa3RE2Cl2O5は発光元素の添加により蛍光特性が発現することが分かってきており、当初想定した以外の機能も今回の研究により明らかとなりつつある。本研究をきっかけに複合アニオン化合物の機能発現と有用性が広まれば、合成化学・物性研究・計算科学など様々な分野の研究者が参画すればより体系的な理解が進むことが期待される。複合アニオン化合物は、当初は既知の無機化合物の部分構造を組み合わせた物質のみが報告されていたが、この物質の特異性を理解することで単体では生成し得ない部分構造も生成しうることが分かってきた。同様に機能性においても、本系の結晶構造は人工超格子では実現不可能な積層と単純化合物にはない配位構造が可能であることから、人工超格子・ナノ粒子もしくは各部分構造で見出されている機能の発現・向上にとどまらず、このような積層構造を有する化合物でのみ発現する機能性が期待できる。今年度は、これまで発見してきた化合物の物性・機能性を評価するとともに、これまでの物質探索結果を活かし、系統的な材料探索を進めていく予定である。また発見した化合物へXeF2を用いたフッ化などのトポタクティック反応による機能性発現も試みる。
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| Causes of Carryover |
液体ヘリウム及び高純度ガスでかなりの額を出費する予定であったが、昨年度は研究室の共通経費で賄うことが可能となったため、消耗品がその分少なくてすんだため。
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| Expenditure Plan for Carryover Budget |
本年度は液体ヘリウム及び高純度ガスの経費がかかるほか、研究に必要な消耗品・旅費等で消化する予定である。
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[Journal Article] H. Yakita, H. Ogino, A. Sala, T. Okada, A. Yamamoto, K. Kishio, A. Iyo, H. Eisaki, J. Shimoyama2015
Author(s)
Co and Mn doping effect in polycrystalline (Ca,La) and (Ca,Pr)FeAs2 superconductors
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Journal Title
Superconductor Science and Technology
Volume: 28
Pages: 065001
DOI
Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
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