Search for oxide hypermaterials using a high-pressure synthesis method

2021 Fiscal Year Annual Research Report

• Project Area: Hypermaterials: Inovation of materials scinece in hyper space
• Project/Area Number: 20H05276
• Research Institution: National Institute for Materials Science
• Principal Investigator: 山浦 一成 国立研究開発法人物質・材料研究機構, 国際ナノアーキテクトニクス研究拠点, グループリーダー (70391216)
• Project Period (FY): 2020-04-01 – 2022-03-31
• Keywords: 酸化物準結晶 / 高圧合成

Outline of Annual Research Achievements

亜酸化物は、電気陰性度が小さな金属元素同士が多数結合した金属クラスターと、そのクラスター間に挿入された酸素を特徴とする特異な酸化物として研究されてきた経緯がある。かつてはCs11O3やRb9O2のように大気中で不安定な亜酸化物が多かったが、近年では大気中でも安定なTiを含む3元系亜酸化物Ti7Ga2O6， Ti3GaO， Ti5Ga3Oが合成され (H. Yamane, S. Amano, Inorg. Chem. 57, 9941, 2018)、さらには新規超伝導体Nb5Ir3O （Tc＝10.5 K）とTi4M2O (M = Co, Rh, Ir) (Tc＝2.3～5.4 K)が合成されるなど新物質開発が進展している (K.Y. Ma, et al. Chem. Mater. 23, 8722, 2021)。
我々は、亜酸化物のクラスター構造的な特徴に着目して物質探索を進め、正20面体的な特徴を備える、かつ大気中でも安定な新規亜酸化物の創製を目指して、特にTi系亜酸化物の周辺物質・関連物質の合成、および新物質の探索を進めた。実験手段として、新物質合成に有効な高圧合成法を用いた。昨年度に続き、Ti-Ga-O系の亜酸化物の高圧環境下での合成実験を進め、さらに単一ステップから複数ステップの熱処理へと実験条件を最適化し、さらにまたGeや他の金属元素との固溶体の合成を進めた。これまでのところ明確な特徴を備えた新物質や、重要な周辺物質・関連物質の合成には至らなかったが、第2期の公募研究課題として探索を継続する。
なお探索の過程で、酸化物準結晶と直接関係ないが、Ba-Ti-O系の新規高圧相を合成したため、その特異な構造的特徴と併せて学術論文として公表する準備を進めた。

Research Progress Status

令和3年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

令和3年度が最終年度であるため、記入しない。

Research Products

• [Int'l Joint Research] Paul Scherrer Institute/ETH Zurich(スイス)
  • Country Name: SWITZERLAND
  • Counterpart Institution: Paul Scherrer Institute/ETH Zurich
• [Int'l Joint Research] the State University of New Jersey/Oak Ridge National Laboratory/University of Texas at Austin(米国)
  • Country Name: U.S.A.
  • Counterpart Institution: the State University of New Jersey/Oak Ridge National Laboratory/University of Texas at Austin
• [Journal Article] Melting of magnetic order in NaOsO3 by femtosecond laser pulses (2022)
  • Author(s): Giorgianni, F.; Burian, M.; Gurung, N.; Kubli, M.; Esposito, V.; Staub, U.; Beaud, P.; Johnson, S. L.; Windsor, Y. W.; Rettig, L.; Ozerov, D.; Lemke, H.; Saha, S.; Pressacco, F.; Collins, S. P.; Togashi, T.; Katayama, T.; Owada, S.; Yabashi, M.; Yamaura, K.; Tanaka, Y.; Scagnoli, V.
  • Journal Title: Phys. Rev. B Volume: 105 Pages: 155147-1-9
  • DOI: 10.1103/PhysRevB.105.155147
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Multiple magnetic transitions and complex magnetic behaviour of the perovskite manganite NdMn7O12 (2022)
  • Author(s): Belik, A. A.; Liu, R.; Zhang, L.; Terada, N.; Tanaka, M.; Yamaura, K.
  • Journal Title: J. Solid State Chem. Volume: 309 Pages: 122969-1-12
  • DOI: 10.1016/j.jssc.2022.122969
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Strongly correlated electrons in the ferroelectric metal LiOsO3 (2021)
  • Author(s): Zhou, J. S.; Li, X.; He, J. M.; Chen, J.; Yamaura, K.
  • Journal Title: Phys. Rev. B Volume: 104 Pages: 115130-1-11
  • DOI: 10.1103/PhysRevB.104.115130
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Magnetic Properties of S = 1/2 Distorted Kagome Antiferromagnet CdCu3(OH)6Cl2 with Low-Symmetry Orbital Arrangement (2021)
  • Author(s): Yoshida, H. K.; Noguchi, N.; Ishii, Y.; Oda, M.; Chen, J.; Yamaura, K.; Yamashita, S.; Nakazawa, Y.; Kida, T.; Narumi, Y.; Hagiwara, M.
  • Journal Title: J. Phys. Soc. Jpn. Volume: 90 Pages: 044714-1-6
  • DOI: 10.7566/jpsj.90.044714
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] La3Ga3Ge2S3O10: An Ultraviolet Nonlinear Optical Oxysulfide Designed by Anion-Directed Band Gap Engineering (2021)
  • Author(s): Yan, H.; Matsushita, Y.; Yamaura, K.; Tsujimoto, Y.
  • Journal Title: Angew. Chem. Int. Ed. Volume: 60 Pages: 26561-26565
  • DOI: 10.1002/anie.202112692
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Magnetic properties of the Shastry-Sutherland lattice material BaNd2ZnO5 (2021)
  • Author(s): Ishii, Y.; Sala, G.; Stone, M. B.; Garlea, V. O.; Calder, S.; Chen, J.; Yoshida, H. K.; Fukuoka, S.; Yan, J.; dela Cruz, C.; Du, M.-H.; Parker, D. S.; Zhang, H.; Batista, C. D.; Yamaura, K.; Christianson, A. D.
  • Journal Title: Phys. Rev. Materials Volume: 5 Pages: 064418-1-11
  • DOI: 10.1103/PhysRevMaterials.5.064418
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Probing spin fluctuations in NaOsO3 by muon spin rotation and NMR spectroscopy (2021)
  • Author(s): Gurung, N.; Wang, C.; Bingham, N. S.; Verezhak, J. A. T.; Yamaura, K.; Allodi, G.; Forino, P. C.; Sanna, S.; Luetkens, H.; Scagnoli, V.
  • Journal Title: J. Phys.: Condens. Matter. Volume: 33 Pages: 335802-1-8
  • DOI: 10.1088/1361-648X/ac06eb
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Antiferromagnetic Order Breaks Inversion Symmetry in a Metallic Double Perovskite, Pb2NiOsO6 (2021)
  • Author(s): Feng, H. L.; Kang, C.-J.; Manuel, P.; Orlandi, F.; Su, Y.; Chen, J.; Tsujimoto, Y.; Hadermann, J.; Kotliar, G.; Yamaura, K.; McCabe, E. E.; Greenblatt, M.
  • Journal Title: Chem. Mater. Volume: 33 Pages: 4188-4195
  • DOI: 10.1021/acs.chemmater.1c01032
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Temperature evolution of 3d- and 4f-electron magnetic ordering in the ferrimagnetic Mn self-doped perovskite (Yb0.667Mn0.333)MnO3 (2021)
  • Author(s): Donni, A.; Pomjakushin, V. Y.; Zhang, L.; Yamaura, K.; Belik, A. A.
  • Journal Title: J. Phys.: Condens. Matter. Volume: 33 Pages: 205804-1-12
  • DOI: 10.1088/1361-648X/abe516
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research