革新的な５ｄ電子機能性材料のシーズ開発

• 研究課題/領域番号: 15K14133
• 研究種目: 挑戦的萌芽研究
• 配分区分: 基金
• 研究分野: 無機材料・物性
• 研究機関: 国立研究開発法人物質・材料研究機構
• 研究代表者: 山浦 一成 国立研究開発法人物質・材料研究機構, 機能性材料研究拠点, グループリーダー (70391216)
• 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: 3,770千円 (直接経費: 2,900千円、間接経費: 870千円); 2017年度: 1,170千円 (直接経費: 900千円、間接経費: 270千円); 2016年度: 1,300千円 (直接経費: 1,000千円、間接経費: 300千円); 2015年度: 1,300千円 (直接経費: 1,000千円、間接経費: 300千円)
• キーワード: ５ｄ電子系 / 高圧合成 / ５ｄ電子 / 2重ペロブスカイト / タングステン酸化物 / ５ｄ電子系セラミックス / 量子機能性

研究成果の概要

本課題では、5d電子系酸化物を主な研究対象とし、強固な機能結合を示す新物質の創製を目指した。具体的には、銅酸化物高温超電導体の母構造と同型のタングステン酸化物の新規合成を目指した。層状構造と不対電子の両方を有するタングステン酸化物はこれまでに合成例がなく、成功すれば、元素置換や連続固溶体の合成、キャリアードーピング、圧力効果、不純物効果などの検証を通して強固な機能結合を発現できた可能性があったが、本課題期間中に新規合成を達成できなかったため、探索的な合成実験をさらに継続する必要がある。

研究成果の学術的意義や社会的意義

環境・エネルギー政策や元素戦略に関連する多くの技術的課題の解決が求められていた。本課題では、固体中の価電子に関係する強固な機能結合に着目して、それらの課題解決に資する新物質創製研究に取り組んだ。結果として目標とした５ｄ電子に起因する強固な機能結合を示す新物質の合成には至らなかったが、複数の新規タングステン酸化物の合成に成功し、それらがイオン伝導に関する機能性を示すことを明らかにした。

研究成果

• [国際共同研究] ORNL/Ohio SU(米国)
• [国際共同研究] U Sydney(Australia)
• [国際共同研究] IOP/CAS(China)
• [国際共同研究] Bragg Institute, ANSTO(Australia)
• [国際共同研究] Oak Ridge National Laboratory/Brookhaven National Laboratory/University of Tennessee(米国)
• [国際共同研究] University College London/Diamond Light Source Ltd(英国)
• [国際共同研究] Inst. Theoretical Solid State Phys./Max Planck Inst. Chem. Phys. Solids/Max Planck Inst. Solid State Res.(Germany)
• [国際共同研究] European Synchrotron Radiation Facility(France)
• [国際共同研究]
• [雑誌論文] Complex Structural Behavior of BiMn7O12 Quadruple Perovskite (2017)
  • 著者名/発表者名: Belik Alexei A.、Matsushita Yoshitaka、Kumagai Yu、Katsuya Yoshio、Tanaka Masahiko、Stefanovich Sergey Yu.、Lazoryak Bogdan I.、Oba Fumiyasu、Yamaura Kazunari
  • 雑誌名: Inorganic Chemistry 巻: 56 号: 20 ページ: 12272-12281
  • DOI: 10.1021/acs.inorgchem.7b01723
  • 査読あり
• [雑誌論文] Interplay of spin-orbit coupling and hybridization in Ca3LiOsO6 and Ca3LiRuO6 (2017)
  • 著者名/発表者名: Calder S.、Singh D. J.、Garlea V. O.、Lumsden M. D.、Shi Y. G.、Yamaura K.、Christianson A. D.
  • 雑誌名: Physical Review B 巻: 96 号: 18 ページ: 184426-184426
  • DOI: 10.1103/physrevb.96.184426
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Strongly gapped spin-wave excitation in the insulating phase of NaOsO3 (2017)
  • 著者名/発表者名: Calder S.、Vale J. G.、Bogdanov N.、Donnerer C.、Pincini D.、Moretti Sala M.、Liu X.、Upton M. H.、Casa D.、Shi Y. G.、Tsujimoto Y.、Yamaura K.、Hill J. P.、van den Brink J.、McMorrow D. F.、Christianson A. D.
  • 雑誌名: Physical Review B 巻: 95 号: 2 ページ: 020413-020413
  • DOI: 10.1103/physrevb.95.020413
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Magnetic and Structural Studies of Sc Containing Ruthenate Double Perovskites A2ScRuO6 (A = Ba, Sr) (2017)
  • 著者名/発表者名: Kayser Paula、Injac Sean、Ranjbar Ben、Kennedy Brendan J.、Avdeev Maxim、Yamaura Kazunari
  • 雑誌名: Inorganic Chemistry 巻: 56 号: 15 ページ: 9009-9018
  • DOI: 10.1021/acs.inorgchem.7b00983
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Electrically insulating properties of the 5d double perovskite Sr2YOsO6 (2017)
  • 著者名/発表者名: Li Jinghua、Wang Xia、Wang Hongyuan、Matsushita Yoshitaka、Alexei Belik A.、Kolodiazhnyi Taras、Xu Gang、Shi Youguo、Guo Yanfeng、Yamaura Kazunari、Chen Ying
  • 雑誌名: Journal of Applied Physics 巻: 122 号: 10 ページ: 103905-103905
  • DOI: 10.1063/1.5001913
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Spin-Orbit Coupling Controlled J=3/2 Electronic Ground State in 5d3 Oxides (2017)
  • 著者名/発表者名: Taylor A.E.、Calder S.、Morrow R.、Feng H.L.、Upton M.H.、Lumsden M.D.、Yamaura K.、Woodward P.M.、Christianson A.D.
  • 雑誌名: Physical Review Letters 巻: 118 号: 20 ページ: 207202-207202
  • DOI: 10.1103/physrevlett.118.207202
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Five-Fold Ordering in High-Pressure Perovskites RMn3O6 (R = Gd-Tm and Y) (2017)
  • 著者名/発表者名: Zhang Lei、Matsushita Yoshitaka、Yamaura Kazunari、Belik Alexei A.
  • 雑誌名: Inorganic Chemistry 巻: 56 号: 9 ページ: 5210-5218
  • DOI: 10.1021/acs.inorgchem.7b00347
  • 査読あり
• [雑誌論文] Short review of High-pressure crystal growth and magnetic and electrical properties of solid-state osmium oxides (2016)
  • 著者名/発表者名: K. Yamaura
  • 雑誌名: Journal of Solid State Chemistry 巻: 236 ページ: 45-54
  • DOI: 10.1016/j.jssc.2015.06.037
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Electronic correlations in the ferroelectric metallic state of LiOsO3 (2016)
  • 著者名/発表者名: I. Lo Vecchio, G. Giovannetti, M. Autore, P. Di Pietro, A. Perucchi, J. He, K. Yamaura, M. Capone, and S. Lupi
  • 雑誌名: Phys. Rev. B, 巻: 93 号: 16
  • DOI: 10.1103/physrevb.93.161113
  • 査読あり / 国際共著 / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Phase transitions in strontium perovskites. Studies of SrOsO3 compared to other 4d and 5d perovksites (2016)
  • 著者名/発表者名: B. J. Kennedy, M. Avdeev, H. L. Feng, and K. Yamaura
  • 雑誌名: Journal of Solid State Chemistry 巻: 237 ページ: 27-31
  • DOI: 10.1016/j.jssc.2016.01.013
  • 査読あり / 国際共著 / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] The role of nonmagnetic d0 vs. d10 B-type cations on the magnetic exchange interactions in osmium double perovskites (2016)
  • 著者名/発表者名: H. L. Feng, K. Yamaura, L. H. Tjeng, and M. Jansen
  • 雑誌名: J. Solid State Chem. 巻: 243 ページ: 119-123
  • DOI: 10.1016/j.jssc.2016.08.022
  • 査読あり / 国際共著 / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Ba2NiOsO6: A Dirac-Mott insulator with ferromagnetism near 100 K (2016)
  • 著者名/発表者名: H. L. Feng, S. Calder, M. P. Ghimire, Y.-H. Yuan, Y. Shirako, Y. Tsujimoto, Y. Matsushita, Z. Hu, C.-Y. Kuo, L. H. Tjeng, T.-W. Pi, Y.-L. Soo, J. He, M. Tanaka, Y. Katsuya, M. Richter, and K. Yamaura
  • 雑誌名: Phys. Rev. B 巻: 94 号: 23
  • DOI: 10.1103/physrevb.94.235158
  • 査読あり / 国際共著 / 謝辞記載あり
• [学会発表] Large negative magnetoresistance of a nearly Dirac material EuMnSb2 (2018)
  • 著者名/発表者名: K. Yamaura
  • 学会等名: 2018 Conference on Electronic and Advanced Materials (2018)
  • 招待講演
• [学会発表] A layered wide-gap oxyhalide semiconductor with an infinite ZnO2 square planar sheet: Sr2ZnO2Cl2 (2018)
  • 著者名/発表者名: Yu SU、Yoshihiro TSUJIMOTO、Kazunari YAMAURA
  • 学会等名: 第56回セラミックス基礎科学討論会
• [学会発表] High-Pressure Preparation and Properties of RMn3O6 (R = Gd-Tm and Y) (2018)
  • 著者名/発表者名: ZHANG Lei、MATSUSHITA Yoshitaka、YAMAURA Kazunari、Alexei. A. BELIK
  • 学会等名: 第56回セラミックス基礎科学討論会
• [学会発表] High-pressure synthesis and magnetic and electrical properties of HgPbO3 (2018)
  • 著者名/発表者名: CHEN Jie、YAMAURA Kazunari、MATSUSHITA Yoshitaka
  • 学会等名: 第56回セラミックス基礎科学討論会
• [学会発表] Ba2NiOsO6: a Dirac-Mott insulator with ferromagnetism near 100 K (2017)
  • 著者名/発表者名: K. Yamaura
  • 学会等名: APS March Meeting 2017（国際学会）
  • 発表場所: Ernest Morial Convention Center (New Orleans, LA, USA)
  • 年月日: 2017-03-13
  • 国際学会
• [学会発表] 2重ペロブスカイト型酸化物Ba2NiOsO6の強磁性絶縁状態 (2017)
  • 著者名/発表者名: 山浦一成
  • 学会等名: 第2回固体化学フォーラム研究会 (2017)
  • 招待講演
• [学会発表] High-pressure and high-temperature synthesis and magnetic properties of double perovskite osmium oxides (2017)
  • 著者名/発表者名: K. Yamaura
  • 学会等名: IUMRS-ICAM2017 (2017)
  • 招待講演
• [学会発表] Synthesis and Physical Properties of Fluorinated SrCrO3 (2017)
  • 著者名/発表者名: Y. SU、Y. TSUJIMOTO、K. YAMAURA
  • 学会等名: IUMRS-ICAM 2017
• [学会発表] High-Pressure Synthesis and Magnetic and Electrical Properties of HgPbO3 (2017)
  • 著者名/発表者名: J. Chen、K. Yamaura
  • 学会等名: The Tenth International Conference on the Science and Technology for Advanced Ceramics (STAC-10)
• [学会発表] High-Pressure Preparation and Properties of RMn3O6 (R = Gd-Tm and Y) (2017)
  • 著者名/発表者名: Lei ZHANG、Yoshitaka MATSUSHITA、Kazunari YAMAURA、Alexei BELIK
  • 学会等名: The Tenth International Conference on the Science and Technology for Advanced Ceramics (STAC-10)
• [学会発表] High-pressure synthesis and magnetic and electrical properties of HgPbO3 (2017)
  • 著者名/発表者名: Jie CHEN、Kazunari YAMAURA、Yoshitaka MATSUSHITA
  • 学会等名: 第27回日本MRS年次大会
• [学会発表] High-Pressure Preparation and Properties of RMn3O6 （R = Gd-Tm and Y (2017)
  • 著者名/発表者名: Lei ZHANG、Yoshitaka MATSUSHITA、Kazunari YAMAURA、Alexei BELIK
  • 学会等名: 第27回日本MRS年次大会
• [学会発表] High-Pressure Synthesis and Physical Properties of fluorinated SrCrO3 (2017)
  • 著者名/発表者名: Yu SU、Yoshihiro TSUJIMOTO、Kazunari YAMAURA
  • 学会等名: 第27回日本MRS年次大会
• [学会発表] High-pressure and high-temperature synthesis and magnetic properties of double perovskite osmium oxides (2017)
  • 著者名/発表者名: Changjiang YI、Shuai YANG、Meng YANG、Qiunan XU、Le WANG、Yoshitaka MATSUSHITA、Shanshan MIAO、Yuanyuan JIAO、Hongming WENG、Jinguang CHENG、Yongqing LI、Kazunari YAMAURA、Youguo SHI、Jianlin LUO
  • 学会等名: 第27回日本MRS年次大会
• [学会発表] High-pressure synthesis and magnetic and electrical properties of HgPbO3 (2017)
  • 著者名/発表者名: Jie CHEN、Kazunari YAMAURA、Yoshitaka MATSUSHITA
  • 学会等名: IUMRS-ICAM 2017
• [学会発表] High-Pressure Preparation and Properties of RMn3O6 (R = Gd-Tm and Y) (2017)
  • 著者名/発表者名: Lei ZHANG、Yoshitaka MATSUSHITA、Kazunari YAMAURA、Alexei BELIK
  • 学会等名: IUMRS-ICAM 2017
• [学会発表] High-pressure synthesis and magnetic and electrical properties of HgPbO3 (2017)
  • 著者名/発表者名: Jie CHEN、Kazunari YAMAURA、Yoshitaka MATSUSHITA
  • 学会等名: The 26th International Conference on High Pressure Science and Technology (AIRAPT 26)
• [学会発表] ２重ペロブスカイト型オスミウム酸化物の高圧合成と強磁性 (2016)
  • 著者名/発表者名: 山浦一成
  • 学会等名: 第26回日本MRS年次大会
  • 発表場所: マツ・ムラホール (横浜市)
  • 年月日: 2016-12-19
• [学会発表] High-pressure synthesis and properties of RMn7O12 multiferroic perovskites (2016)
  • 著者名/発表者名: Lei ZHANG, Alexei BELIK, Kazunari YAMAURA
  • 学会等名: 第26回日本MRS年次大会
  • 発表場所: 産業貿易センタービル (横浜市)
  • 年月日: 2016-12-19
• [学会発表] Synthesis and Crystal Structure of Layered Perovskite Oxychloride with Zinc Square-Planar Coordination: Sr2ZnO2Cl2 (2016)
  • 著者名/発表者名: Yu SU, Yoshihiro TSUJIMOTO, Kazunari YAMAURA
  • 学会等名: 第26回日本MRS年次大会
  • 発表場所: 産業貿易センタービル (横浜市)
  • 年月日: 2016-12-19
• [学会発表] Crystal structure and magnetic properties of Y2SmOsO6 (2016)
  • 著者名/発表者名: Jianfeng HE, Kazunari YAMAURA
  • 学会等名: 第26回日本MRS年次大会
  • 発表場所: 産業貿易センタービル (横浜市)
  • 年月日: 2016-12-19
• [学会発表] High-pressure and high-temperature synthesis of superconducting materials and related materials (2016)
  • 著者名/発表者名: K. Yamaura
  • 学会等名: Electronic Materials and Applications 2016
  • 発表場所: Orlando, Florida USA
  • 年月日: 2016-01-20
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会・シンポジウム開催] MRS-J国際シンポジウム「強相関機能材料の進展と挑戦」 (2015)
  • 発表場所: 横浜情報文化センター、神奈川県
  • 年月日: 2015-12-08