先進的高圧合成法による新規機能性酸化物材料の探索と構造物性評価

• Project/Area Number: 22KK0075
• Research Category: Fund for the Promotion of Joint International Research (Fostering Joint International Research (B))
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Review Section: Medium-sized Section 36:Inorganic materials chemistry, energy-related chemistry, and related fields
• Research Institution: Kyoto University
• Principal Investigator: 島川 祐一 京都大学, 化学研究所, 教授 (20372550)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 菅 大介 京都大学, 化学研究所, 准教授 (40378881) ; 後藤 真人 京都大学, 化学研究所, 助教 (10813545) ; 松本 憲志 京都大学, 化学研究所, 特定助教 (30888954)
• Project Period (FY): 2022-10-07 – 2024-03-31
• Project Status: Discontinued (Fiscal Year 2023)
• Budget Amount: ¥20,150,000 (Direct Cost: ¥15,500,000、Indirect Cost: ¥4,650,000); Fiscal Year 2027: ¥3,510,000 (Direct Cost: ¥2,700,000、Indirect Cost: ¥810,000); Fiscal Year 2026: ¥4,030,000 (Direct Cost: ¥3,100,000、Indirect Cost: ¥930,000); Fiscal Year 2025: ¥4,030,000 (Direct Cost: ¥3,100,000、Indirect Cost: ¥930,000); Fiscal Year 2024: ¥3,510,000 (Direct Cost: ¥2,700,000、Indirect Cost: ¥810,000); Fiscal Year 2023: ¥3,510,000 (Direct Cost: ¥2,700,000、Indirect Cost: ¥810,000); Fiscal Year 2022: ¥1,560,000 (Direct Cost: ¥1,200,000、Indirect Cost: ¥360,000)
• Keywords: 遷移金属酸化物 / 高圧合成 / 機能性材料

Outline of Research at the Start

本研究では、持続可能な社会を支え、将来の産業を発展させる可能性を有する物質として遷移金属酸化物に注目し、これらの新物質を高圧法を用いて合成し、新物質・新材料での新しい機能特性を探求する。英国、台湾の高圧合成研究グループと連携し、装置と情報の相互利用をはかることで世界的なレベルの物質・材料研究を先導する。さらに、新物質の精密構造評価を迅速かつタイムリーに行うために、国内外の量子ビーム大型実験施設を効率よく利用する体制を構築する。本研究は若手研究者や学生にとって国際的な共同研究と交流の場を提供するほか、世界各国の優秀な若手研究者発掘の場となることで機能性材料研究の国際学際領域の発展にも繋がる。

Outline of Annual Research Achievements

本研究は2023年度から研究代表者が新たに基盤研究（S）の課題が採択となったため、重複申請の制限から、2023 来年度以降の研究費交付申請を辞退することとなった。したがって本研究は2022年度10月から始まったばかりではあるが、2023年4月で終結し、国際共同研究強化（B）において計画していた研究は基盤研究（S）で引き続き発展的に取り組んでいくことととした。
本研究では、高圧合成法を駆使した新物質の探索と合成した新物質・新材料で発現する物性の探求を通して機能性材料研究の国際学際領域を発展させることを目的として進めてきた。特に遷移金属酸化物に注目し、先進的高圧合成法を駆使した新物質・新材料研究を行う計画であり、英国および台湾を中心に海外の高圧合成装置を有する研究グループと連携し、装置と情報の相互利用をはかることで世界的なレベルの物質・材料研究を先導することを目標にした。わずか半年あまりの研究期間ではあったが、具体的な研究物質として、特異なカチオン秩序配列を持つ物質群と異常高原子価イオンを含んだ物質群を対象とし、幾つかの新物質を高圧合成法や低温トポタクティックオゾン酸化法で合成し、興味深い電気・磁気特性に加え、熱物性を示すことを見出した。特に熱量効果を示す物質の関連材料の合成に注力し、電荷転移に起因する磁気転移、および相転移温度での熱物性測定を行い、その相関を明らかにした。得られた成果については、国際学術誌へ投稿した他、国際学会での発表も行った。

Research Products

• [Int'l Joint Research] エジンバラ大学(英国)
• [Int'l Joint Research] 国立台湾大学/NSRRC(その他の国・地域)
• [Int'l Joint Research] エジンバラ大学(英国)
• [Int'l Joint Research] 国立台湾大学/NSRRC(その他の国・地域)
• [Journal Article] Novel Functional Oxide Materials (2023)
  • Author(s): SHIMAKAWA Yuichi
  • Journal Title: Journal of the Japan Society of Powder and Powder Metallurgy Volume: 70 Issue: 11 Pages: 445-450
  • DOI: 10.2497/jjspm.23-00020
  • ISSN: 0532-8799, 1880-9014
  • Year and Date: 2023-11-15
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Thermal properties and phase transition behaviors of possible caloric materials Bi_0.95Ln_0.05NiO₃ (2023)
  • Author(s): Chen Chen、Kosugi Yoshihisa、Goto Masato、Shimakawa Yuichi
  • Journal Title: Journal of Materials Chemistry A Volume: 11 Issue: 28 Pages: 15389-15393
  • DOI: 10.1039/d3ta01259j
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Novel functional properties of charge-transition oxides synthesized under high pressure (2023)
  • Author(s): Yuichi Shimakawa
  • Journal Title: Journal of the Ceramic Society of Japan Volume: 131 Pages: 1-6
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Giant caloric effects in charge?spin?lattice coupled transition-metal oxides (2023)
  • Author(s): Shimakawa Yuichi、Kosugi Yoshihisa
  • Journal Title: Journal of Materials Chemistry A Volume: - Issue: 24 Pages: 12695-12702
  • DOI: 10.1039/d2ta09186k
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Presentation] Successive phase transitions of A-site layer-ordered double perovskites RBaFe2O6 (R = a rare-earth metal) with unusually high and mixed valence Fe3.5+ (2023)
  • Author(s): M. Iihoshi and Y. Shimakawa
  • Organizer: Reconnecting Oxide Research Meeting
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Oxygen release of BaFeO3 including unusually high valence Fe4+ (2023)
  • Author(s): R. Watanabe and Y. Shimakawa
  • Organizer: Reconnecting Oxide Research Meeting
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Giant Multicaloric Effects in Charge-Transition Oxides (2023)
  • Author(s): Y. Shimakawa, Y. Kosugi, and M. Goto
  • Organizer: MRS Spring Meeting
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Functional properties of charge-transition oxides (2023)
  • Author(s): Y. Shimakawa
  • Organizer: KU-VUW Joint Workshop
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] Control of Magnetic Structures in Cation-Ordered Perovskite Oxides (2023)
  • Author(s): Y. Shimakawa
  • Organizer: International school and conference on Evolution of Electronic Structure Theory & Experimental Realization
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] A-site magnetism in quadruple perovskite structure oxides (2023)
  • Author(s): Y. Shimakawa, T. Saito, M. Amano Patino, F. Denis Romero
  • Organizer: APS March Meeting
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Control of Magnetic Structures in Cation-Ordered Perovskite Oxides (2023)
  • Author(s): Y. Shimakawa
  • Organizer: Reconnecting Oxide Research Meeting
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Remarks] 京都大学化学研究所、先端無機固体化学研究室
  • URL: https://www.scl.kyoto-u.ac.jp/~shimakgr/index.html
• [Remarks] Advanced Solid State Chemistry, ICR
  • URL: https://www.scl.kyoto-u.ac.jp/~shimakgr/indexE.html
• [Remarks] 京都大学化学研究所先端無機固体化学研究室
  • URL: https://www.scl.kyoto-u.ac.jp/~shimakgr/index.html
• [Remarks] Advanced Solis State Chemistry, ICR, Kyoto Univ.
  • URL: https://www.scl.kyoto-u.ac.jp/~shimakgr/indexE.html
• [Funded Workshop] Reconnecting Oxide Research Meeting (2023)