Structures and magnetic properties of perovskites containing rare earths

2016 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 26410062
• Research Institution: Hokkaido University
• Principal Investigator: 日夏 幸雄 北海道大学, 理学研究院, 特任教授 (70271707)
• Project Period (FY): 2014-04-01 – 2017-03-31
• Keywords: 希土類 / ペロブスカイト / 結晶構造 / 磁気的性質

Outline of Annual Research Achievements

ペロブスカイト型酸化物(ABO3)ではBサイトに入る金属元素の電子状態が化合物の物性に大きな影響を与え、希土類元素(Ln)と遷移金属(M)をBサイトに共に含む化合物では、これらの間に働く相互作用による特異な磁気的挙動を示す。また、LnとMの割合を変化させるとBO6八面体間の結合に、頂点共有 / 面共有が混在した六方晶ペロブスカイト構造が現れ、その構造を反映した新奇な物性の発現が期待される。本年度の研究では、遷移金属にマンガン(Mn)を選び、希土類元素とMnの比をLn:Mn = 1:3とした4重ペロブスカイトBa4LnMn3O12の合成と構造およびその磁気的性質の解明に取り組んだ。結晶構造は、LnO6八面体と、3つのMO6八面体が面共有したMn3O12トライマーが交互に配列した12層ぺロブスカイト構造（空間群：R-3m）をとることがわかった。Mnの価数はXANES測定から4価であることが明らかとなった。格子定数は3価の希土類イオン半径とともに単調増加する傾向があるが、Ln = Ce ,Pr, Tbではこの傾向から逸脱し、このことからLnは4価の状態にあると考えられる。従ってこれらの化合物の電荷配置は、Ln = Ce, Pr, TbではBa4Ln4+Mn4+3O12、その他の希土類では酸素欠損が生じBa4Ln3+Mn4+3O11.5と考えられる。希土類が反磁性であるCe, Lu化合物でそれぞれ8.5, 3Ｋで反強磁性転移が見られ、トライマー内のMn4+間の強い磁気的相互作用によることがわかった。希土類が磁性を持っている化合物では、磁気転移温度の上昇が見られ（転移温度13－40Ｋ）、希土類の4f電子とMn3O12トライマーの磁気的相互作用によることを、比熱測定結果から求めた磁気転移に伴う磁気エントロピー変化量から定量的に示すことができた。

Research Products

• [Journal Article] Magnetic Interactions in Rhenium-containing Rare Earth Double Perovskites Sr2LnReO6 (Ln = Rare Earths) (2017)
  • Author(s): A. Nishiyama, Y. Doi and Y. Hinatsu
  • Journal Title: J. Solid State Chem. Volume: 248 Pages: 134-141
  • DOI: 10.1016/j.jssc.2017.02.006
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Magnetic Moments and Ordered States in Pyrochlore Iridates Nd2Ir2O7 and Sm2Ir2O7 Studied by Muon-Spin Relaxation (2017)
  • Author(s): R. Asih, N. Adam, S. S. Mohd-Tajudin, D. P. Sari, K. Matsuhira, H. Guo, M. Wakeshima, Y. Hinatsu, T. Nakano, Y. Nozue, S. Sulaiman, M. I. Mohamed-Ibrahim, P. K. Biswas and I. Watanabe
  • Journal Title: J. Phys. Soc. Japan Volume: 86 Pages: 024705
  • DOI: 10.7566/JPSJ.86.024705
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Magnetic Properties of the Melilite-type Oxysulfide Sr2MGe2S6O: Magnetic Interactions Enhanced by Anion Substitution (2017)
  • Author(s): T. Endo, Y. Doi, M. Wakeshima, K. Suzuki, Y. Matsuo, K. Tezuka, T. Otsuki, Y. J. Shan and Y. Hinatsu
  • Journal Title: Inorg. Chem. Volume: 56 Pages: 2459-2466
  • DOI: 10.1021/acs.inorgchem.6b02505
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Magnetic Interactions in Praseodymium Ruthenate Pr3RuO7 with Fluorite-related Structure (2017)
  • Author(s): M. Inabayashi, Y. Doi, M. Wakeshima and Y. Hinatsu
  • Journal Title: J. Solid State Chem. Volume: 250 Pages: 100-106
  • DOI: 10.1016/j.jssc.2017.03.025
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Structures and Magnetic Properties of New Fluorite-related Quaternary Rare Earth Oxides LnY2TaO7 and LaLn2RuO7 (Ln = La-Lu) (2016)
  • Author(s): Y. Hinatsu and Y. Doi
  • Journal Title: J. Solid State Chem. Volume: 233 Pages: 37-43
  • DOI: 10.1016/j.jssc.2015.10.012
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Magnetic Interactions in New Fluorite-related Rare Earth Oxides LnLn’2RuO7 (Ln, Ln’ = rare earths) (2016)
  • Author(s): Y. Hinatsu and Y. Doi
  • Journal Title: J. Solid State Chem. Volume: 239 Pages: 214-219
  • DOI: 10.1016/j.jssc.2016.04.033
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Crystal Structures and Magnetic Properties of Iron Borates Containing Lanthanides Sr6LnFe(BO3)6 (Ln = La, Pr, Nd, Sm-Lu) (2016)
  • Author(s): H. Inoue, Y. Doi and Y. Hinatsu
  • Journal Title: J. Alloys and Compounds Volume: 681 Pages: 115-119
  • DOI: 10.1016/j.jallcom.2016.03.227
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Synthesis of New Fluorite-related Rare Earth Oxides LnLn’2MO7 (Ln, Ln’ = rare earths; M = Nb, Sb, Ta), Structures and Magnetic Properties by Calorimetry Measurements (2016)
  • Author(s): Y. Hinatsu and Y. Doi
  • Journal Title: J. Thermal Analysis and Calorimetry Volume: 127 Pages: 749-754
  • DOI: 10.1007/s10973-016-5491
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Presentation] ペロブスカイト関連化合物Ba2La2MW2O12(M:遷移金属)の結晶構造と磁気的性質 (2017)
  • Author(s): 土井貴弘、日夏幸雄
  • Organizer: 日本セラミックス協会2017年年会
  • Place of Presentation: 日本大学駿河台キャンパス（東京都千代田区）
  • Year and Date: 2017-03-17 – 2017-03-19
• [Presentation] フルオライト派生化合物Pr3RuO7のカチオン置換による結晶構造、磁気的性質の変化 (2017)
  • Author(s): 稲林将来、土井貴弘、分島亮、日夏幸雄
  • Organizer: 第55回セラミックス基礎科学討論会
  • Place of Presentation: 岡山コンベンションセンター（岡山県岡山市）
  • Year and Date: 2017-01-12 – 2017-01-13
• [Presentation] ダブルペロブスカイトBa2PrRuO6のSr置換による構造と磁性への影響 (2017)
  • Author(s): 遠藤雄人、土井貴弘、分島亮、日夏幸雄
  • Organizer: 第55回セラミックス基礎科学討論会
  • Place of Presentation: 岡山コンベンションセンター（岡山県岡山市）
  • Year and Date: 2017-01-12 – 2017-01-13
• [Presentation] ダブルペロブスカイト(Ba1-xSrx)2PrRuO6の結晶構造および磁気的性質 (2016)
  • Author(s): 遠藤雄人、土井貴弘、分島亮、日夏幸雄
  • Organizer: 平成28年度日本セラミックス協会東北北海道支部研究発表会
  • Place of Presentation: 北海道大学（北海道札幌市）
  • Year and Date: 2016-10-27 – 2016-10-28
• [Presentation] 蛍石関連化合物Pr3(Ru1-xTax)O7および(Pr1-xYx)3RuO7の結晶構造と磁気的性質 (2016)
  • Author(s): 稲林将来、土井貴弘、分島亮、日夏幸雄
  • Organizer: 平成28年度日本セラミックス協会東北北海道支部研究発表会
  • Place of Presentation: 北海道大学（北海道札幌市）
  • Year and Date: 2016-10-27 – 2016-10-28
• [Presentation] 新規PbMn2Ni6Te3O18型化合物の合成と結晶構造、磁気的性質 (2016)
  • Author(s): 溝口誠祥、土井貴弘、分島亮、日夏幸雄
  • Organizer: 平成28年度日本セラミックス協会東北北海道支部研究発表会
  • Place of Presentation: 北海道大学（北海道札幌市）
  • Year and Date: 2016-10-27 – 2016-10-28
• [Presentation] Structures and Magnetic Properties of 12-Layered Perovskites Ba4LnM3O12 (Ln = rare Earths; M = Ru, Ir) (2016)
  • Author(s): Y. Hinatsu, Y. Doi, and M. Wakeshima
  • Organizer: Conference challenges and prospects for solid state chemistry
  • Place of Presentation: セヴィリア（スペイン王国）
  • Year and Date: 2016-09-09 – 2016-09-10
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Magnetic ordering of divalent europium in double perovskites Eu2LnTaO6 (Ln = rare earths) (2016)
  • Author(s): Y. Hinatsu, Y. Doi, and M. Wakeshima
  • Organizer: Hyperfine 2016
  • Place of Presentation: ルーヴィン（ベルギー王国）
  • Year and Date: 2016-07-03 – 2016-07-08
  • Int'l Joint Research