配位の特異性を活用した機能性酸化物の創製

2015 Fiscal Year Annual Research Report

• Project Area: Exploration of nanostructure-property relationships for materials innovation
• Project/Area Number: 26106514
• Research Institution: Kyoto University
• Principal Investigator: 藤田 晃司 京都大学, 工学(系)研究科(研究院), 准教授 (50314240)
• Project Period (FY): 2014-04-01 – 2016-03-31
• Keywords: 遷移金属酸化物 / 高圧合成

Outline of Annual Research Achievements

ぺロブスカイト酸化物ABO3では，Aサイトカチオンのイオン半径が小さくなると，BO6八面体回転に基づく構造不安定性が生じるが，代表者はこれを高圧合成により安定化させて特異配位環境を実現し，新物性・機能の創出を目指している．これまでの研究から，(1) ScFeO3のように，希土類イオンの中で最もイオン半径の小さなSc3+がAサイトを占有するとき，Scの配位数は6となり，ScO6八面体がFeO6八面体と面共有する結果，ぺロブスカイト派生のA3+B3+O3極性酸化物（LiNbO3型構造）が安定化されること，(2) MnCu3V4O12のように，イオン半径の小さい2種類の3d遷移金属（MnとCu）がAサイトで秩序化するとき，CuO4の平面四配位とMnO12の正20面体十二配位を有するぺロブスカイトが得られること，を見出している．
前年度は10GPa以上の超高圧条件を用いて物質探索し，LiNbO3型酸化物InFeO3とAサイト秩序型ペロブスカイト酸化物CuCu3V4O12等の新物質を合成した．本年度はこれを拡張して物質探索し，ペロブスカイト型ACoO3 (A = Sc, In)を合成することに成功した．放射光X線回折ならびに中性子回折測定を用いた構造解析から，これらの化合物は直方晶（空間群Pnma）ペロブスカイト型構造であることがわかった．加えて，磁化測定から室温以下においてCoは低スピン状態であることが明らかになった．ペロブスカイト型コバルト酸化物RCoO3 (Rは希土類)は温度上昇によりスピンクロスオーバー，あるいはスピン転移を示す物質群として知られている．スピン転移温度はAサイトカチオンのイオン半径に依存して変化するため，新物質ACoO3 (A = Sc, In)のスピン転移を調べることは興味深い．

Research Progress Status

27年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

27年度が最終年度であるため、記入しない。

Research Products

• [Int'l Joint Research] The Pennsylvania State University/Oak Ridge National Laboratory(米国)
  • Country Name: U.S.A.
  • Counterpart Institution: The Pennsylvania State University/Oak Ridge National Laboratory
• [Journal Article] Improper Inversion Symmetry Breaking and Piezoelectricity through Oxygen Octahedral Rotations in Layered Perovskite Family, LiRTiO4 (R = Rare Earths) (2016)
  • Author(s): A. Gupta, H. Akamatsu, M. E. Strayer, S. Lei, T. Kuge, K. Fujita, C. Cruz, A. Togo, I. Tanaka, K. Tanaka, T. E. Mallouk, and V. Gopalan
  • Journal Title: Adv. Electron. Mater. Volume: 2 Pages: 1500196-(1-10)
  • DOI: 10.1002/aelm.201500196
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Topochemical Nitridation with Anion Vacancy-Assisted N3-/O2- Exchange (2016)
  • Author(s): R. Mikita, T. Aharen, T. Yamamoto, F. Takeiri, T. Ya, W. Yoshimune, K. Fujita, S. Yoshida, K. Tanaka, D. Batuk, A. M. Abakumov, C. M. Brown, Y. Kobayashi, and H. Kageyama
  • Journal Title: J. Am. Chem. Soc. Volume: 138 Pages: 3211-3217
  • DOI: 10.1021/jacs.6b00088
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Rattling in the Quadruple Perovskite CuCu3V4O12 (2015)
  • Author(s): Y. Akizuki, I. Yamada, K. Fujita, K. Taga, T. Kawakami, M. Mizumaki, and K. Tanaka
  • Journal Title: Angew. Chem. Int. Ed. Volume: 54 Pages: 10870-10874
  • DOI: 10.1002/anie.201504784
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] MnTaO2N: Polar LiNbO3-type Oxynitride with a Helical Spin Order (2015)
  • Author(s): C. Tassel, Y. Kuno, Y. Goto, T. Yamamoto, C. M. Brown, J. Hester, K. Fujita, M. Higashi, R. Abe, K. Tanaka, Y. Kobayashi, and H. Kageyama
  • Journal Title: Angew. Chem. Int. Ed. Volume: 54 Pages: 516-521
  • DOI: 10.1002/anie.201408483
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] An Antiferro-to-Ferromagnetic Transition in EuTiO3-xHx Induced by Hydride Substitution (2015)
  • Author(s): T.Yamamoto, R.Yoshii, G.Bouilly, Y.Kobayashi, K.Fujita, Y.Kususe, Y.Matsushita, K.Tanaka, and H.Kageyama
  • Journal Title: Inorg. Chem. Volume: 54 Pages: 1501-1507
  • DOI: 10.1021/ic502486e
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Electrical Properties of Epitaxial Thin Films of Oxyhydrides ATiO3－xHx(A = Ba and Sr) (2015)
  • Author(s): G. Bouilly, T. Yajima, T. Terashima, W. Yoshimune, K. Nakano, C. Tassel, Y. Kususe, K. Fujita, K. Tanaka, T. Yamamoto, Y. Kobayashi, and H. Kageyama
  • Journal Title: Chem. Mater. Volume: 27 Pages: 6354-6359
  • DOI: 10.1021/acs.chemmater.5b02374
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] A Labile Hydride Strategy for the Synthesis of Heavily Nitridized BaTiO3 (2015)
  • Author(s): T. Yajima, F. Takeiri, K. Aidzu, H. Akamatsu, K. Fujita, W. Yoshimune, M. Ohkura, S. Lei, V. Gopalan, K. Tanaka, C. M. Brown, M. A. Green, T. Yamamoto, Y. Kobayashi, and H. Kageyama
  • Journal Title: Nature Chem. Volume: 7 Pages: 1017-1023
  • DOI: 10.1038/nchem.2370
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Presentation] A labile Hydride Strategy for the Synthesis of Novel Oxynitrides (2016)
  • Author(s): Fumitaka Takeiri, Takeshi Yajima, Kohei Aidzu, Hirofumi Akamatsu, Koji Fujita, Wataru Yoshimune, Venkatraman Gopalan, Katsuhisa Tanaka, Takafumi Yamamoto, Yoji Kobayashi, Hiroshi Kageyama
  • Organizer: 日本化学会 第96春季年会
  • Place of Presentation: 同志社大学 京田辺キャンパス（京都）
  • Year and Date: 2016-03-24 – 2016-03-27
• [Presentation] 新規ペロブスカイト型コバルト酸化物の高圧合成と結晶構造 (2016)
  • Author(s): 河本 崇博，藤田 晃司，藤川 僚，山田 幾也，田中 勝久
  • Organizer: 日本セラミックス協会 2016年年会
  • Place of Presentation: 早稲田大学 西早稲田キャンパス（東京）
  • Year and Date: 2016-03-14 – 2016-03-16
• [Presentation] Noncentrosymmetry Induced by Oxygen Octahedral Rotation in Layered Perovskites AA’TiO4 (A=alkaline, A’=rare earth) and Unexpected Alkaline Size Effects (2015)
  • Author(s): Hirofumi Akamatsu, Koji Fujita, Toshihiro Kuge, Arnab Sen Gupta, Atsushi Togo, James Rondinelli, Isao Tanaka, Katsuhisa Tanaka, Venkatraman Gopalan
  • Organizer: 2015 MRS Fall Meeting
  • Place of Presentation: Boston, Massachusetts (USA)
  • Year and Date: 2015-11-29 – 2015-12-04
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] 新規ペロブスカイト型コバルト酸化物の高圧合成 (2015)
  • Author(s): 藤川 僚，藤田 晃司，河本 崇博，山田 幾也，田中 勝久
  • Organizer: 第56回高圧討論会
  • Place of Presentation: JMSアステールプラザ（広島）
  • Year and Date: 2015-11-10 – 2015-11-12
• [Presentation] 層状ペロブスカイト酸化物NaYTiO4 エピタキシャル薄膜の合成 (2015)
  • Author(s): 松原司，藤田晃司，村井俊介，田中勝久，赤松寛文，Venkatraman Gopalan
  • Organizer: 日本セラミックス協会 第28回秋季シンポジウム
  • Place of Presentation: 富山大学 五福キャンパス（富山）
  • Year and Date: 2015-09-16 – 2015-09-18
• [Presentation] 高温トポケミカル反応による新規酸窒化物の合成 (2015)
  • Author(s): 三木田梨歩，阿波連知子，山本隆文，竹入史隆，吉宗航，藤田晃司，田中勝久，陰山洋
  • Organizer: 日本セラミックス協会 第28回秋季シンポジウム
  • Place of Presentation: 富山大学 五福キャンパス（富山）
  • Year and Date: 2015-09-16 – 2015-09-18
• [Presentation] Design of Room-Temperature Polar Magnet in LiNbO3-Type Oxides (2015)
  • Author(s): Takahiro Kawamoto, Koji Fujita, Ikuya Yamada, Katsuhisa Tanaka
  • Organizer: Joint AIRAPT-25th & EHPRG-53rd International Conference on High Pressure Science and Technology
  • Place of Presentation: Madrid (Spain)
  • Year and Date: 2015-08-30 – 2015-09-04
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] 反転対称性をもたないペロブスカイト関連化合物の設計と合成－新規強誘電体・圧電体の開発－ (2015)
  • Author(s): 藤田晃司
  • Organizer: 九州大学先導物質化学研究所セミナー
  • Place of Presentation: 九州大学 伊都キャンパス（福岡）
  • Year and Date: 2015-07-27 – 2015-07-27
  • Invited
• [Remarks] 京都大学 大学院工学研究科 材料化学専攻 無機材料化学講座 応用固体化学分野 田中研究室
  • URL: http://dipole7.kuic.kyoto-u.ac.jp/