サブメガバールにおける化学反応が切り開く3d遷移金属多窒化物の結晶化学と電子物性

• 研究課題/領域番号: 15H05542
• 研究種目: 若手研究(A)
• 配分区分: 補助金
• 研究分野: 金属物性・材料
• 研究機関: 名古屋大学
• 研究代表者: 丹羽 健 名古屋大学, 工学研究科, 准教授 (40509030)
• 研究期間 (年度): 2015-04-01 – 2018-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2017年度)
• 配分額: 16,640千円 (直接経費: 12,800千円、間接経費: 3,840千円); 2017年度: 2,210千円 (直接経費: 1,700千円、間接経費: 510千円); 2016年度: 1,950千円 (直接経費: 1,500千円、間接経費: 450千円); 2015年度: 12,480千円 (直接経費: 9,600千円、間接経費: 2,880千円)
• キーワード: 窒化物 / 結晶構造 / 電子 / 磁性 / 超高圧合成 / 電子構造 / 遷移金属窒化物 / 超高圧力 / 超臨界流体 / 金属窒化物 / 多窒化物 / 遷移金属元素 / 超臨界窒素

研究成果の概要

30 GPa以上における金属元素と分子性窒素との直接反応から，機能性材料の基幹遷移金属元素であるFe，Co，Ni，Cuの新規な多窒化物合成に成功した．最先端の放射光およびラマン分光測定の結果，これらの元素の新規窒化物はNiAs型，marcasite型，CdI2型のいずれかの結晶構造をとることがわかった．さらに，NiAs型FeNとmarcasite型CoN2は常圧下に回収可能である一方，marcasite型NiN2およびCdI2型CuN2は常圧下に回収不可能であった．結晶学的な考察から，高圧力は多窒化物形成のための窒素原子の最密充填配列に重要な役割を果たしていることが分かった．

研究成果

• [雑誌論文] Valence-Band Electronic Structures of High-Pressure-Phase-PdF2-type Platinum-Group-Metal Dioxides MO2 (M = Ru, Rh, Ir, Pt) (2018)
  • 著者名/発表者名: K. Soda, D. Kobayashi, T. Mizui, M. Kato, Y. Shirako, K. Niwa, M. Hasegawa, M. Akaogi, H. Kojitani, E. Ikenaga, T. Muro
  • 雑誌名: Journal of the Physical Society of Japan 巻: 87 号: 4 ページ: 044701-044701
  • DOI: 10.7566/jpsj.87.044701
  • NAID: 210000134784
  • 査読あり
• [雑誌論文] Synthesis, crystal structure and phase transition of a Xe-N2 compound under high pressure : Experimental indication of orbital interaction between xenon and nitrogen (2017)
  • 著者名/発表者名: K. Niwa, F. Matsuzaki, M. Hasegawa
  • 雑誌名: Physical Chemistry Chemical Physics 巻: 19 号: 1 ページ: 59-63
  • DOI: 10.1039/c6cp06552j
  • 査読あり
• [雑誌論文] High-Pressure Synthesis and Magnetic Behavior of A-Site Columnar-Ordered Double Perovskites, LnMn(Ga0.5Ti0.5)2O6 (Ln = Sm, Gd) (2017)
  • 著者名/発表者名: G. Shimura, K. Niwa, Y. Shirako, M. Hasegawa
  • 雑誌名: Eur. J. Inorg. Chem. 巻: 2017 号: 4 ページ: 835-839
  • DOI: 10.1002/ejic.201601392
  • 査読あり
• [雑誌論文] Micro-beam hard X-ray photoemission study on platinum-group metal pernitrides (2017)
  • 著者名/発表者名: K. Soda, T. Mizui, M. Komabuchi, M. Kato, T. Terabe, K. Suzuki, K. Niwa, Y. Shirako, M. Hasegawa, M. Akaogi, H. Kojitani, E. Ikenaga
  • 雑誌名: J. Phys. Soc. Japan 巻: 86 号: 6 ページ: 1-5
  • DOI: 10.7566/jpsj.86.064804
  • NAID: 210000134411
  • 査読あり
• [雑誌論文] Highly Coordinated Iron and Cobalt Nitrides Synthesized at High Pressure and High Temperature (2017)
  • 著者名/発表者名: K. Niwa, T. Terabe, D. Kato, S. Takayama, M.Kato, K. Soda, M. Hasegawa
  • 雑誌名: Inorganic Chemistry 巻: 56 号: 11 ページ: 6410-6418
  • DOI: 10.1021/acs.inorgchem.7b00516
  • 査読あり
• [雑誌論文] Pyrite Form of Group-14 Element Pernitrides Synthesized at High Pressure and High Temperature (2017)
  • 著者名/発表者名: K. Niwa, H. Ogasawara, M. Hasegawa
  • 雑誌名: Dalton Transactions 巻: 46 号: 30 ページ: 9750-9754
  • DOI: 10.1039/c7dt01583f
  • 査読あり
• [雑誌論文] High pressure stability and ambient metastability of marcasite-type rhodium pernitride (2016)
  • 著者名/発表者名: K. Niwa, T. Terabe, K. Suzuki, Y. Shirako, M. Hasegawa
  • 雑誌名: Journal of Applied Physics 巻: 119 号: 6 ページ: 065901-065901
  • DOI: 10.1063/1.4941436
  • 査読あり
• [学会発表] High pressure crystal chemistry and compression behaviors of novel early transition-metal nitrides (2018)
  • 著者名/発表者名: Masashi HASEGAWA, Ken NIWA, Takuro YAMAMOTO, Kazuo SODA
  • 学会等名: APS March Meeting 2018
  • 国際学会
• [学会発表] New group-14 element pernitrides synthesized at high pressure and temperature (2018)
  • 著者名/発表者名: Ken NIWA, Hirokazu OGASAWARA, Tomoya INAGAKI, Masashi HASEGAWA
  • 学会等名: APS March Meeting 2018
  • 国際学会
• [学会発表] High Pressure Synthesis and Characterization of Binary and Ternary Transition Metal Nitrides (2017)
  • 著者名/発表者名: Masashi HASEGAWA, Ken NIWA,
  • 学会等名: Frontiers in Materials Processing Applications, Research and Technology
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Novel group-14 element nitrides synthesized at high pressure (2017)
  • 著者名/発表者名: Ken NIWA, Hirokazu OGASAWARA, Masashi HASEGAWA
  • 学会等名: 26th The International Conference on High Pressure Science and Technology
  • 国際学会
• [学会発表] High Pressure Synthesis of Pyrite-type Group-14 Nitrides (2017)
  • 著者名/発表者名: Ken Niwa
  • 学会等名: 9th Iternational Symposium on Nitrides (ISNT2017) and 5th International Symposium on SiAlONs and Non-oxides (ISSNOX5)
  • 国際学会
• [学会発表] 超高圧超臨界窒素流体を用いた新規炭素窒化物の合成と結合状態 (2017)
  • 著者名/発表者名: 深井 俊史・丹羽 健・長谷川 正
  • 学会等名: 日本セラミックス協会第30回秋季シンポジウム
• [学会発表] 新規レニウム窒化物の超高圧合成と体積弾性率 (2017)
  • 著者名/発表者名: 高山新・丹羽 健・長谷川正
  • 学会等名: 日本セラミックス協会第30回秋季シンポジウム
• [学会発表] 超高圧下における新規スズ窒化物の合成と結晶化学 (2017)
  • 著者名/発表者名: 稲垣 智哉・丹羽 健・長谷川 正
  • 学会等名: 日本セラミックス協会第30回秋季シンポジウム
• [学会発表] 超高圧超臨界窒素流体を用いた新規CN 化合物の合成と結合様式 (2017)
  • 著者名/発表者名: 深井 俊史・丹羽 健・長谷川 正
  • 学会等名: 第58回高圧討論会
• [学会発表] 層状構造MNX(M=Ta, Sn ;X=Cl, Br) の高圧合成 (2017)
  • 著者名/発表者名: 廣澤 優樹・KHUJAMBERDIEV Mirabbos・丹羽 健・長谷川 正
  • 学会等名: 第58回高圧討論会
• [学会発表] 窒素発生源を用いたマルチアンビル型超高圧発生装置による遷移金属窒化物の合成 (2017)
  • 著者名/発表者名: 佐合 一樹・丹羽 健・長谷川 正
  • 学会等名: 第58回高圧討論会
• [学会発表] 新規レニウム窒化物の超高圧合成と結晶構造 (2017)
  • 著者名/発表者名: 高山新・丹羽 健・大砂 哲・長谷川 正
  • 学会等名: 第58回高圧討論会
• [学会発表] 新規なスズ窒化物の超高圧合成と結晶化学 (2017)
  • 著者名/発表者名: 稲垣智哉・丹羽 健・長谷川 正
  • 学会等名: 第58回高圧討論会
• [学会発表] あいちシンクロトロン光を利用した超高圧下における回折実験と新 (2017)
  • 著者名/発表者名: 丹羽 健・松崎 郁弥・寺部 俊紀・小笠原 宏和・西堂園 啓太・山本 拓朗・長谷川 正
  • 学会等名: 第7回名古屋大学シンクロトロン光研究センターシンポジウム
  • 招待講演
• [学会発表] 超高圧下で合成される新規窒化物 (2017)
  • 著者名/発表者名: 丹羽 健
  • 学会等名: Workshop on Materials science under ultra-high pressure MATSUYAMA 2017
  • 招待講演
• [学会発表] 新規パイライト型14族元素窒化物の超高圧合成 (2017)
  • 著者名/発表者名: 丹羽 健・小笠原宏和・長谷川正
  • 学会等名: 日本セラミックス協会2017年年会
• [学会発表] 新規レニウム窒化物の超高圧合成 (2017)
  • 著者名/発表者名: 高山 新・丹羽 健・長谷川 正
  • 学会等名: 日本セラミックス協会2017年年会
• [学会発表] 高圧下における新規3d遷移金属窒化物の合成と評価 (2016)
  • 著者名/発表者名: 丹羽 健，寺部 俊紀，水井 達也，加藤 大貴，白子 雄一，曽田 一雄，長谷川 正，亀卦川 卓美
  • 学会等名: 日本セラミックス協会2016年年会
  • 発表場所: 早稲田大学（西早稲田キャンパス）
  • 年月日: 2016-03-14
• [学会発表] High pressure synthesis of 3d transition metal nitrides in a laser heated diamond anvil cell (2016)
  • 著者名/発表者名: Ken NIWA
  • 学会等名: 8th International Workshop Spinel Nitrides and Related Materials
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Carbon polymorphic nanocrystals grown in ~GPa range high pressures using laser-heated diamond anvil cell (2016)
  • 著者名/発表者名: K. Niwa, T. Oda, M. Iida, K. Kusaba, Y. Shirako, M. Hasegawa
  • 学会等名: The 18th International Conference on Crystal Growth and Epitaxy
  • 国際学会
• [学会発表] High pressure synthesis of new transition metal nitrides with using laser-heated diamond anvil cell (2016)
  • 著者名/発表者名: Ken Niwa, Toshiki Terabe, Yuichi Shirako, Shunsuke Muto, Kazuyoshi Tatsumi, Tatsuya Mizui, Kazuo Soda, Masashi Hasegawa
  • 学会等名: International Conference on PROCESSING & MANUFACTURING OF ADVANCED MATERIALS Processing, Fabrication, Properties, Applications(THERMEC2016)
  • 国際学会
• [学会発表] 新規Xe-N2系化合物の高圧合成と結晶構造および構造相転移 (2016)
  • 著者名/発表者名: 丹羽 健・松崎 郁弥・白子 雄一・長谷川 正
  • 学会等名: 第57回高圧討論会
• [学会発表] 白金族遷移金属多窒化物の結合と電子構造及び物性 (2016)
  • 著者名/発表者名: 長谷川 正・丹羽 健・駒淵 舞・水井 達也・寺部 俊紀・鈴木 健太郎・加藤 政彦・曽田 一雄・白子 雄一
  • 学会等名: 第57回高圧討論会
• [学会発表] パイライト型(Cu, Zn)S2固溶体の局所構造と電子物性 (2016)
  • 著者名/発表者名: 秋田 貴弘・白子 雄一・丹羽 健・松下 能孝・長谷川 正
  • 学会等名: 第57回高圧討論会
• [学会発表] 超高圧下における新規14 族元素窒化物の合成と評価 (2016)
  • 著者名/発表者名: 小笠原 宏和・丹羽 健・白子 雄一・長谷川 正
  • 学会等名: 第57回高圧討論会
• [学会発表] 超高圧超臨界窒素を用いた新規な前期遷移金属窒化物の合成 (2016)
  • 著者名/発表者名: 山本 拓朗・丹羽 健・白子 雄一・長谷川 正
  • 学会等名: 57回高圧討論会
• [学会発表] 新規後期3d遷移金属窒化物の超高圧合成と結晶構造 (2015)
  • 著者名/発表者名: 寺部 俊紀，丹羽 健，白子 雄一，亀卦川 卓美，長谷川 正
  • 学会等名: 第56回高圧討論会
  • 発表場所: JMSアステールプラザ（広島市中区）
  • 年月日: 2015-11-10
• [学会発表] 新規3d遷移金属（TM）窒化物の超高圧合成と結晶構造（TM＝Fe, Co, Ni） (2015)
  • 著者名/発表者名: 寺部 俊紀，丹羽 健，白子 雄一，長谷川 正
  • 学会等名: 日本セラミックス協会第28回秋季シンポジウム
  • 発表場所: 富山大学（五福キャンパス）
  • 年月日: 2015-09-16
• [学会発表] High Pressure Synthesis and Characterization of Transition Metal Nitrides (2015)
  • 著者名/発表者名: Ken Niwa, Kentaro Suzuki, Toshiki Terabe, Yuichi Shirako, Shunsuke Muto, Kazuyoshi Tatsumi, Tatsuya Mizui, Kazuo Soda, Takumi Kikegawa, Masashi Hasegawa
  • 学会等名: Joint AIRAPT-25th & EHPRG-53rd International Conference on High Pressure Science and Technology
  • 発表場所: Complutense University of Madrid (Madrid, SPAIN)
  • 年月日: 2015-08-30