異常原子価化合物の創製と新機能の開拓-極限環境の活用-

• 研究課題/領域番号: 17H01195
• 研究種目: 基盤研究(A)
• 配分区分: 補助金
• 応募区分: 一般
• 研究分野: 無機化学
• 研究機関: 大阪大学 (2018-2019); 東京大学 (2017)
• 研究代表者: 石渡 晋太郎 大阪大学, 基礎工学研究科, 教授 (00525355)
• 研究期間 (年度): 2017-04-01 – 2020-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2019年度)
• 配分額: 44,460千円 (直接経費: 34,200千円、間接経費: 10,260千円); 2019年度: 7,800千円 (直接経費: 6,000千円、間接経費: 1,800千円); 2018年度: 17,810千円 (直接経費: 13,700千円、間接経費: 4,110千円); 2017年度: 18,850千円 (直接経費: 14,500千円、間接経費: 4,350千円)
• キーワード: 高圧合成 / 異常高原子価 / 遷移金属酸化物 / らせん磁性 / 巨大交差相関応答 / ペロブスカイト型酸化物 / 強相関電子系 / 異常高原子価遷移金属酸化物 / 電子・電気材料 / 複合材料・物性

研究成果の概要

本研究では、超高圧および超高酸素圧を活用することで異常高原子価3d遷移金属イオンを内包する新規ペロブスカイト関連化合物の網羅的合成を行い、強いpd混成に起因する特異な構造・物性を数多く見いだした。特筆すべき成果としては、擬1次元構造を有する新奇ペロブスカイトPrCuO3及びその置換系の高圧合成とサイト間電荷移動に起因する金属絶縁体転移の発見、Sr1-xBaxCoO3およびSr1-xCaxCoO3における新奇らせん磁性および巨大磁気体積効果の発見、(Sr,Ba,La)FeO3における多彩なスピン・電荷秩序相の発見などが挙げられる。

研究成果の学術的意義や社会的意義

特異な構造と電荷分布を有するPrCuO3およびその置換系(La,Pr)CuO3、強磁性ーらせん磁性転移を示す(Sr,Ba,Ca)CoO3、新奇なトポロジカルらせん磁性を示すSrFeO3とその置換系(Sr,Ba,La)FeO3、というペロブスカイト型構造を有する３種類の新規異常高原子価遷移金属酸化物群の高圧合成と新物性探索を進めたことは、強相関物質科学及び高圧物質科学の基礎学理構築に大きな寄与をもたらしたと言える。また、立方晶ペロブスカイト(Sr,Ba)CoO3における巨大磁気体積効果の発見は、新たな高性能センサ材料や磁気アクチュエータへの応用展開が期待される。

研究成果

• [国際共同研究] Max-Planck-Institut/Technische University Munchen/TU Dresden(ドイツ)
• [国際共同研究] Paul Scherrer Institut(スイス)
• [国際共同研究] Chinese Academy of Sciences(中国)
• [国際共同研究] STFC Rutherford Appleton Laboratory,(英国)
• [国際共同研究] Laboratory for Quantum Magnetism, EPFL(スイス)
• [国際共同研究] Paul Scherrer Institut(スイス)
• [雑誌論文] Emergent topological spin structures in centrosymmetric cubic perovskite SrFeO3 (2020)
  • 著者名/発表者名: S. Ishiwata, T. Nakajima, J. -H. Kim, D. S. Inosov, N. Kanazawa, J. S. White, J. L. Gavilano, R. Georgii, K. M. Seemann, G. Brandl, P. Manuel, D. D. Khalyavin, S. Seki, Y. Tokunaga, M. Kinoshita, Y. W. Long, Y. Kaneko, Y. Taguchi, T. Arima, B. Keimer, and Y. Tokura
  • 雑誌名: Phys. Rev. B 巻: 101 号: 13 ページ: 134406-134406
  • DOI: 10.1103/physrevb.101.134406
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Field-induced spin reorientation in the antiferromagnetic Dirac material EuMnBi2 revealed by neutron and resonant x-ray diffraction (2020)
  • 著者名/発表者名: H. Masuda, H. Sakai, H. Takahashi, Y. Yamasaki, A. Nakao, T. Moyoshi, H. Nakao, Y. Murakami, T. Arima, S. Ishiwata
  • 雑誌名: Physical Review B 巻: 101 号: 17 ページ: 174411-174411
  • DOI: 10.1103/physrevb.101.174411
  • 査読あり
• [雑誌論文] Prediction of perovskite-related structures in ACuO3-x (A = Ca, Sr, Ba, Sc, Y, La) using density functional theory and Bayesian optimization (2020)
  • 著者名/発表者名: A. Seko and S. Ishiwata
  • 雑誌名: Phys. Rev. B 巻: 101 号: 13 ページ: 134101-134101
  • DOI: 10.1103/physrevb.101.134101
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Large Magneto-piezoelectric Effect in EuMnBi2 Single Crystal at Low Temperatures (2020)
  • 著者名/発表者名: Yuki Shiomi, Hidetoshi Masuda, Hidefumi Takahashi, Shintaro lshiwata
  • 雑誌名: Scientific Reports 巻: 10 号: 1 ページ: 7574-7574
  • DOI: 10.1038/s41598-020-64530-2
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Switching of band inversion and topological surface states by charge density wave (2020)
  • 著者名/発表者名: Mitsuishi N.、Sugita Y.、Bahramy M. S.、Kamitani M.、Sonobe T.、Sakano M.、Shimojima T.、Takahashi H.、Sakai H.、Horiba K.、Kumigashira H.、Taguchi K.、Miyamoto K.、Okuda T.、Ishiwata S.、Motome Y.、Ishizaka K.
  • 雑誌名: Nature Communications 巻: 11 号: 1 ページ: 24661-9
  • DOI: 10.1038/s41467-020-16290-w
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Giant enhancement of cryogenic thermopower by polar structural instability in the pressurized semimetal MoTe2 (2019)
  • 著者名/発表者名: Hidefumi Takahashi, Kento Hasegawa, Tomoki Akiba, Hideaki Sakai, Mohammad Saeed Bahramy, Shintaro Ishiwata
  • 雑誌名: Physical Review B 巻: 100 号: 19
  • DOI: 10.1103/physrevb.100.195130
  • 査読あり
• [雑誌論文] High pressure synthesis of a quasi-one-dimensional GdFeO3-type perovskite PrCuO3 with nearly divalent Cu ions (2019)
  • 著者名/発表者名: Ito Masaharu、Takahashi Hidefumi、Sakai Hideaki、Sagayama Hajime、Yamasaki Yuichi、Yokoyama Yuichi、Setoyama Hiroyuki、Wadati Hiroki、Takahashi Kanako、Kusano Yoshihiro、Ishiwata Shintaro
  • 雑誌名: Chemical Communications 巻: 55 号: 61 ページ: 8931-8934
  • DOI: 10.1039/c9cc04656a
  • 査読あり
• [雑誌論文] Negative-pressure-induced helimagnetism in ferromagnetic cubic perovskites Sr$_{1-x}$Ba$_{x}$CoO$_{3}$ (2018)
  • 著者名/発表者名: H. Sakai, S. Yokoyama, A. Kuwabara, J. S. White, E. Canevet, H. M. Ronnow, T. Koretsune, R. Arita, A. Miyake, M. Tokunaga, Y. Tokura, and S. Ishiwata
  • 雑誌名: Phys. Rev. Mater. 巻: 2 号: 10 ページ: 104412-104412
  • DOI: 10.1103/physrevmaterials.2.104412
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Impact of antiferromagnetic order on Landau-level splitting of quasi-two-dimensional Dirac fermions in EuMnBi$_2$ (2018)
  • 著者名/発表者名: H. Masuda, H. Sakai, M. Tokunaga, M. Ochi, H. Takahashi, K. Akiba, A. Miyake, K. Kuroki, Y. Tokura, and S. Ishiwata
  • 雑誌名: Phys. Rev. B (Rapid communication) 巻: 98 号: 16 ページ: 161108-161108
  • DOI: 10.1103/physrevb.98.161108
  • 査読あり
• [雑誌論文] ペロブスカイト型異常高原子価鉄・コバルト酸化物の高圧合成と新奇磁気秩序相の探索 (2018)
  • 著者名/発表者名: 石渡 晋太郎, 高橋 英史, 酒井 英明
  • 雑誌名: 高圧力の科学と技術 巻: 28 号: 3 ページ: 206-216
  • DOI: 10.4131/jshpreview.28.206
  • NAID: 130007495800
  • ISSN: 0917-639X, 1348-1940
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] High-pressure synthesis of an unusual antiferromagnetic metal CaCoO3 with GdFeO3-type perovskite structure. (2017)
  • 著者名/発表者名: T. Osaka, H. Takahashi, H. Sagayama, Y. Yamasaki, S. Ishiwata
  • 雑誌名: PHYSICAL REVIEW B. 巻: 95 号: 22 ページ: 224440-224440
  • DOI: 10.1103/physrevb.95.224440
  • 査読あり
• [雑誌論文] Optical Magnetoelectric Resonance in a Polar Magnet (Fe,Zn)2Mo3O8 with Axion-Type Coupling (2017)
  • 著者名/発表者名: T. Kurumaji, Y. Takahashi, J. Fujioka, R. Masuda, H. Shishikura, S. Ishiwata and Y. Tokura
  • 雑誌名: PHYSICAL REVIEW LETTERS 巻: 119 号: 7
  • DOI: 10.1103/physrevlett.119.077206
  • 査読あり
• [学会発表] ペロブスカイト型鉄酸化物(Sr1-xBax)2/3La1/3FeO3 における新奇スピン・電荷秩序相の探索 (2020)
  • 著者名/発表者名: 小野瀬雅穂, 高橋英史, 佐賀山基, 山﨑裕一, 佐藤拓朗, 賀川史敬, 石渡晋太郎
  • 学会等名: 日本物理学会第75回年次大会
• [学会発表] (Sr1-xBax)2/3La1/3FeO3のX線吸収分光 (2020)
  • 著者名/発表者名: 高橋龍之介, Yujun Zhang, 大山耕平, 光田暁弘, 高橋英史, 小野瀬雅穂, 石渡晋太郎, 伊奈稔哲, 瀬戸山寛之, 和達大樹
  • 学会等名: 日本物理学会第75回年次大会
• [学会発表] 超強磁場下磁気輸送測定による磁性半金属α-EuP3のフェルミ面解析 (2020)
  • 著者名/発表者名: メイヨーアレックス浩, 高橋英史, 野本敦朗, 酒井英明, 三宅厚志, 徳永将史, M. S. Bahramy, 石渡晋太郎
  • 学会等名: 日本物理学会第75回年次大会
• [学会発表] 反強磁性ディラック半金属EuMnBi2の内部磁場測定 (2020)
  • 著者名/発表者名: 熊崎将司, 清水康弘, 伊藤正行, 増田英俊, 酒井英明, 石渡晋太郎
  • 学会等名: 日本物理学会第75回年次大会
• [学会発表] High Pressure Synthesis of a novel quasi-one-dimensional perovskite PrCuO3 with unusual charge distribution (2020)
  • 著者名/発表者名: Shintaro Ishiwatqa
  • 学会等名: The 20th Korea-Taiwan-Japan Symposium on Strongly Correlated Electron Systems
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Giant positive magnetoresistance under global fields in Polar Magnetic Semiconductor AgCrSe2 (2019)
  • 著者名/発表者名: Shintaro Ishiwata
  • 学会等名: International Conference on Strongly Correlated Electron Systems 2019 (SCES '19)
  • 国際学会
• [学会発表] High pressure synthesis of black and red phosphorus analogues with magnetic ions (2019)
  • 著者名/発表者名: A. H. Mayo, H. Takahashi, Y. Hayashi and S. Ishiwata
  • 学会等名: Polish Scientific Networks (PSN 2019) conference
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Various topological and helical spin structures in centrosymmetric perovskites synthesized by high pressure oxygen annealing (2019)
  • 著者名/発表者名: Shintaro Ishiwata
  • 学会等名: The 11th International Conference on the Science and Technology for Advanced Ceramics (STAC-11)
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Finding New Polymorphs of Layered Transition Metal Dichalcogenides (2019)
  • 著者名/発表者名: Shintaro Ishiwata
  • 学会等名: The 1st Workshop of Reaction Infography
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] 新しい磁性リン化合物の高圧合成：変幻自在のボンドとバンド (2019)
  • 著者名/発表者名: 石渡 晋太郎、メイヨーアレックス浩、林佑樹、高橋英史
  • 学会等名: 第4回固体化学フォーラム研究会
  • 招待講演
• [学会発表] 新規層状ペロブスカイト型4d遷移金属酸化物の高圧合成と電子状態の研究 (2019)
  • 著者名/発表者名: 倉田伊織, 杉本雛乃, 高橋英史, 野本拓也, 有田亮太郎, 石渡晋太郎
  • 学会等名: 日本物理学会2019年秋季大会
• [学会発表] 反転対称性をもつ三角格子らせん磁性体の新規開拓とトポロジカルホール効果の観測 (2019)
  • 著者名/発表者名: 青野快, 高橋英史, 石渡晋太郎
  • 学会等名: 日本物理学会2019年秋季大会
• [学会発表] 新規な構造を持つ磁性リン化合物の高圧合成と輸送測定 (2019)
  • 著者名/発表者名: 林祐樹, 高橋英史, 倉田伊織, 石渡晋太郎
  • 学会等名: 日本物理学会2019年秋季大会
• [学会発表] High pressure synthesis of a new perovskitetype cuprate with doped CuO chains (2019)
  • 著者名/発表者名: Masaharu Ito, Hidefumi Takahashi, Hideaki Sakai, Jun Fujioka, Masayuki Ochi, Shiro Sakai, Ryotaro Arita, Hajime Sagayama, Yuichi Yamasaki, Yuichi Yokoyama, Hiroki Wadati, Yoshihiro Kusano, Yoshinori Tokura, Shintaro Ishiwata
  • 学会等名: American Physical Society (APS) spring meeting 2019
  • 国際学会
• [学会発表] Topological and helical spin structures in centrosymmetric cubic perovskites (2018)
  • 著者名/発表者名: Shintaro Ishiwata
  • 学会等名: The 2nd Asia Pacific Workshop on Quantum Magnetism
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Critical enhancement of cryogenic thermopower in a structurally controlled polar semimetal MoTe2 (2018)
  • 著者名/発表者名: Shintaro Ishiwata
  • 学会等名: E-MRS (European Materials Research Society) 2018 Fall meeting
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] ペロブスカイト型酸化物Sr1－xLaxFeO3における多彩なスピン・電荷秩序相の全貌 (2018)
  • 著者名/発表者名: 小野瀬雅穂, 高橋英史, 佐賀山基, 山﨑裕一, 十倉好紀, 石渡晋太郎
  • 学会等名: 日本物理学会2018秋季大会
• [学会発表] ビスマス正方格子を含む新規多層ディラック電子系候補物質の開拓 (2018)
  • 著者名/発表者名: 増田英俊, 酒井英明, 高橋英史, 石渡晋太郎
  • 学会等名: 日本物理学会2018秋季大会
• [学会発表] 巨大磁気抵抗効果を示す極性磁性半導体AgCrSe2の磁気熱電特性 (2018)
  • 著者名/発表者名: 高橋英史, 秋葉智起, 秋葉和人, 三宅厚志, 徳永将史, 石渡晋太郎
  • 学会等名: 日本物理学会2018秋季大会
• [学会発表] 磁性半金属α-EuP3における巨大異常Hall効果の異方性 (2018)
  • 著者名/発表者名: メイヨーアレックス浩, 高橋英史, 野本敦朗, 増田英俊, 酒井英明, 秋葉和人, 三宅厚志, 徳永将史, M. S. Bahramy, 石渡晋太郎
  • 学会等名: 日本物理学会2018秋季大会
• [学会発表] マグネトプランバイト型コバルト酸化物SrCo12O19における中性子回折実験 (2018)
  • 著者名/発表者名: 浅井晋一郎, 菊池帆高, 高橋英史, 石渡晋太郎, Studer Andrew, 益田隆嗣
  • 学会等名: 日本物理学会2018秋季大会
• [学会発表] High pressure synthesis of a cubic perovskite Sr1-xBaxCoO3 showing giant magnetovolume effect (2017)
  • 著者名/発表者名: S. Ishiwata
  • 学会等名: The 12th Pacific Rim Conference on Ceramic and Glass Technology
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] High pressure synthesis of novel perovskite-type 3d-transition-metal oxides with unusual structure-property relationship (2017)
  • 著者名/発表者名: S. Ishiwata
  • 学会等名: 26th AIRAPT International Conference on on High pressure science and technology
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] High pressure synthesis of GdFeO3-type cuprates with quasi-one-dimensional Cu-O chain (2017)
  • 著者名/発表者名: S. Ishiwata
  • 学会等名: IUMRS ICAM 2017: The 15th International Conference on Advanced Materials
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] High pressure synthesis of GdFeO3-type cuprates with quasi-one-dimensional Cu-O chain (2017)
  • 著者名/発表者名: 石渡晋太郎
  • 学会等名: 物性研究所短期研究会 光で見る・操る電子物性科学の最前線 ～強相関, トポロジー, 低次元, ダイナミクス～
  • 招待講演
• [学会発表] 擬1次元Cu－O鎖を持つ新規ぺロブスカイトPrCuO3に対するLa置換効果および圧力効果 (2017)
  • 著者名/発表者名: 高橋英史、伊藤雅春、藤岡淳、酒井英明、佐賀山基、山﨑裕一、草野圭弘、横山優一、田久保耕、平田靖透、和達大樹、寺倉千恵子、越智正之, 酒井志朗、有田亮太郎、十倉好紀、石渡晋太郎
  • 学会等名: 第２回固体化学フォーラム研究会
• [学会発表] 新規ペロブスカイト型コバルト酸化物Sr1-xCaxCoO3の構造と物性 (2017)
  • 著者名/発表者名: 小坂雄大、高橋英史、佐賀山基、山﨑裕一、石渡晋太郎
  • 学会等名: 第２回固体化学フォーラム研究会
• [学会発表] 新規ペロブスカイト型コバルト酸化物Sr1-xCaxCoO3の構造と物性 (2017)
  • 著者名/発表者名: 小坂雄大、高橋英史、佐賀山基、山﨑裕一、石渡晋太郎
  • 学会等名: 日本物理学会 2017年秋季大会
• [学会発表] 立方晶ペロブスカイトSrFe0.8Rh0.2O3における強磁性相関の温度・圧力依存性 (2017)
  • 著者名/発表者名: 木下正貴, 酒井英明, 中島多朗, 林直顕, Hui Wu, 有馬孝尚, 十倉好紀, 高野幹夫, 石渡晋太郎
  • 学会等名: 日本物理学会 2017年秋季大会
• [学会発表] 擬1次元Cu2+-O鎖をもつ新規ペロブスカイト型銅酸化物PrCuO3の高圧合成 (2017)
  • 著者名/発表者名: 伊藤雅春，高橋英史，酒井英明，越智正之，酒井志朗，有田亮太郎，藤岡淳，横山優一，和達大樹， 佐賀山基，山崎裕一，草野圭弘，十倉好紀，石渡晋太郎
  • 学会等名: 第58回高圧討論会
• [学会発表] Giant pressure effect on a cubic perovskite Sr1-xBaxCoO3 with competing magnetic orders (2017)
  • 著者名/発表者名: H. Sakai, S. Yokoyama, A. Kuwabara, A. Miyake, M. Tokunaga, J. S. White, H. M. Ronnow, Y. Tokura and S. Ishiwata
  • 学会等名: 山田科学振興財団 金森順次郎記念国際シンポジウム ー磁性研究の新たな地平線ー
  • 国際学会
• [学会発表] Giant pressure effect on a cubic perovskite Sr1-xBaxCoO3 with competing magnetic orders (2017)
  • 著者名/発表者名: H. Sakai, S. Yokoyama, A. Kuwabara, A. Miyake, M. Tokunaga, M. Ochi, R. Arita, J. S. White, H. M. Ronnow, Y. Tokura and S. Ishiwata
  • 学会等名: 第6回豊田理研国際ワークショップ
  • 国際学会
• [備考] 石渡研究室
  • URL: https://qm.mp.es.osaka-u.ac.jp/papers/
• [備考] 石渡研究室 論文リスト
  • URL: http://www.qpec.t.u-tokyo.ac.jp/ishiwata_lab/publication.html