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異常高原子価イオンの配列次元制御による新物質開発と機能探索

研究課題

研究課題/領域番号 16J11298
研究種目

特別研究員奨励費

配分区分補助金
応募区分国内
研究分野 無機化学
研究機関京都大学

研究代表者

保坂 祥輝  京都大学, 理学研究科, 特別研究員(DC2)

研究期間 (年度) 2016-04-22 – 2018-03-31
研究課題ステータス 完了 (2016年度)
配分額 *注記
2,300千円 (直接経費: 2,300千円)
2016年度: 1,200千円 (直接経費: 1,200千円)
キーワードペロブスカイト構造酸化物 / 異常高原子価
研究実績の概要

本研究は通常の状態より高い価数を持つ異常高原子価イオンに注目し、それの配列次元を制御することで新奇な物質・物性を開拓することを目的として行った。これまでの成果として異常高原子価Feイオンが二次元状に配列した層状ダブルペロブスカイトCa2FeMnO6を合成し、二次元状に配列したFeであっても低温で電荷不均化することを明らかにしてきた。本年度は、Ca2FeMnO6と同一の組成を持ち、FeとMnの秩序構造を持たないBサイト無秩序ペロブスカイトCaFe0.5Mn0.5O3を新規に合成し層状ダブルペロブスカイトCa2FeMnO6と比較することで秩序構造が物性にどのような影響を与えているのかを検証した。実験の結果、層状ダブルペロブスカイトCa2FeMnO6のノンコリアーな磁気構造はFeとMnの秩序構造に由来することが明らかになった。加えて、Bサイト無秩序のCaFe0.5Mn0.5O3ではFe4+とMnが無秩序に配列しているにもかかわらず、電荷不均化することが分かった。
異常高原子価イオンはその不安定性から電荷不均化やサイト間電荷移動といった電子相転移を起こす。そこで、異常高原子価Feイオンが電荷不均化するCaFeO3にサイト間電荷移動のカウンターカチオンとしてBiを置換したペロブスカイト構造酸化物Ca0.5Bi0.5FeO3を合成し、そこでどのような電子相転移が起こるのかを調べた。この物質は室温から温度を下げていくと250 Kと200 Kで逐次的に構造相転移を起こす。メスバウアー分光測定やBond Valence Sumの計算を行なったところ、これら各温度での転移は異常高原子価Feイオンによる電荷不均化とBi-Feイオン間におけるサイト間電荷移動が関与していることが明らかとなった。このような形で電荷不均化とサイト間電荷移動が逐次的におこる物質はこれまで知られておらず、新奇な物質である。

現在までの達成度 (段落)

翌年度、交付申請を辞退するため、記入しない。

今後の研究の推進方策

翌年度、交付申請を辞退するため、記入しない。

報告書

(1件)
  • 2016 実績報告書
  • 研究成果

    (12件)

すべて 2017 2016 その他

すべて 国際共同研究 (1件) 雑誌論文 (8件) (うち国際共著 2件、 査読あり 8件、 謝辞記載あり 5件) 学会発表 (2件) (うち国際学会 1件) 備考 (1件)

  • [国際共同研究] エジンバラ大学(英国)

    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
  • [雑誌論文] 2:1 Charge disproportionation in perovskite-structure oxide La1/3Ca2/3FeO3 with unusually-high-valence Fe3.67+2017

    • 著者名/発表者名
      H. Guo, Y. Hosaka, H. Seki, T. Saito, N. Ichikawa, and Y. Shimakawa
    • 雑誌名

      J. Solid State Chem.

      巻: 246 ページ: 199-202

    • DOI

      10.1016/j.jssc.2016.11.027

    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 査読あり / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Successive Charge Transitions of Unusually High-Valence Fe3.5+: Charge Disproportionation and Intermetallic Charge Transfer2017

    • 著者名/発表者名
      Y. Hosaka, F. D. Romero, N. Ichikawa, T. Saito, and Y. Shimakawa
    • 雑誌名

      Angew. Chem. Int. Ed.

      巻: 56 号: 15 ページ: 4243-4246

    • DOI

      10.1002/anie.201700881

    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 査読あり / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Two Charge Ordering Patterns in the Topochemically Synthesized Layer-Structured Perovskite LaCa2Fe3O9 with Unusually High Valence Fe3.67+2017

    • 著者名/発表者名
      H. Guo, Y. Hosaka, F. D. Romero, T. Saito, N. Ichikawa, and Y. Shimakawa
    • 雑誌名

      Inorg. Chem.

      巻: 56 号: 6 ページ: 3695-3701

    • DOI

      10.1021/acs.inorgchem.7b00104

    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 査読あり / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Determination of Elemental Ratio in an Atomic Column by Electron Energy Loss Spectroscopy2016

    • 著者名/発表者名
      M. Haruta, Y. Hosaka, N. Ichikawa, T. Saito, Y. Shimakawa, and H. Kurata
    • 雑誌名

      ACS Nano

      巻: 10 号: 7 ページ: 6680-6684

    • DOI

      10.1021/acsnano.6b01887

    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Geometrical Spin Frustration of Unusually High Valence Fe5+ in the Double Perovskite La2LiFeO62016

    • 著者名/発表者名
      P. Xiong, H. Seki, H. Guo, Y. Hosaka, T. Saito, M. Mizumaki, and Y. Shimakawa
    • 雑誌名

      Inorg. Chem.

      巻: 56 号: 12 ページ: 6218-6222

    • DOI

      10.1021/acs.inorgchem.6b00827

    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 査読あり / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] A Layered Double Perovskite Ca<sub>2</sub>FeMnO<sub>6</sub> with Unusually High Valence Fe<sup>4+</sup> Obtained by Low-Temperature Topotactic Oxidation2016

    • 著者名/発表者名
      Y. Hosaka, N. Ichikawa, T. Saito, M. Mizumaki, and Y. Shimakawa
    • 雑誌名

      粉体および粉末冶金

      巻: 63 号: 7 ページ: 605-608

    • DOI

      10.2497/jjspm.63.605

    • NAID

      130005164645

    • ISSN
      0532-8799, 1880-9014
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Charge and spin order in the perovskite CaFe0.5Mn0.5O3: Charge disproportionation behavior of randomly arranged Fe4+2016

    • 著者名/発表者名
      H. Hosaka, N. Ichikawa, T. Saito, J. P. Attfield, and Y. Shimakawa
    • 雑誌名

      Phys. Rev., B

      巻: 94 号: 10 ページ: 104429-104429

    • DOI

      10.1103/physrevb.94.104429

    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 査読あり / 国際共著 / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] From tetrahedral to octahedral iron coordination: Layer compression in topochemically prepared FeLa2Ti3O102016

    • 著者名/発表者名
      L. Gustin, Y. Hosaka, C. Tassel, T. Aharen, Y. Shimakawa, H. Kageyama, and J. B. Wiley
    • 雑誌名

      Inorg. Chem.

      巻: 55 ページ: 11529-11537

    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [学会発表] A new layered double perovskite Ca2FeMnO6 showing charge disproportionation of unusually high valence Fe4+” oral presentation2016

    • 著者名/発表者名
      Y. Hosaka, N. Ichikawa, T. Saito, J.P. Attfield, and Y. Shimakawa
    • 学会等名
      E-MRS 2016 Fall Meeting
    • 発表場所
      ワルシャワ
    • 年月日
      2016-09-19
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] 異常高原子価 Fe イオンを含んだ新規ペロブスカイト構造酸化物Ca0.5Bi0.5FeO3 の逐次相転移2016

    • 著者名/発表者名
      保坂 祥輝
    • 学会等名
      日本物理学会 2016年秋季大会
    • 発表場所
      金沢大学
    • 年月日
      2016-09-13
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
  • [備考] 京都大学化学研究所、 島川研究室

    • URL

      http://www.scl.kyoto-u.ac.jp/~shimakgr/index.html

    • 関連する報告書
      2016 実績報告書

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公開日: 2016-05-17   更新日: 2024-03-26  

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