| 研究課題/領域番号 |
20H00346
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| 研究種目 |
基盤研究(A)
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| 配分区分 | 補助金 |
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| 応募区分 | 一般 |
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| 審査区分 |
中区分29:応用物理物性およびその関連分野
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| 研究機関 | 名古屋大学 |
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研究代表者 |
竹中 康司 名古屋大学, 工学研究科, 教授 (60283454)
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| 研究分担者 |
松野 丈夫 大阪大学, 大学院理学研究科, 教授 (00443028)
片山 尚幸 名古屋大学, 工学研究科, 准教授 (50623758)
鈴木 博之 東京大学, 物性研究所, 高度学術専門職員 (60354370)
今中 康貴 国立研究開発法人物質・材料研究機構, 技術開発・共用部門, 副プラットフォーム長 (70354371)
横山 泰範 函館工業高等専門学校, 一般系, 准教授 (80402486)
岡本 佳比古 東京大学, 物性研究所, 教授 (90435636)
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| 研究期間 (年度) |
2020-04-01 – 2023-03-31
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| 研究課題ステータス |
完了 (2023年度)
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| 配分額 *注記 |
45,760千円 (直接経費: 35,200千円、間接経費: 10,560千円)
2022年度: 10,790千円 (直接経費: 8,300千円、間接経費: 2,490千円)
2021年度: 13,000千円 (直接経費: 10,000千円、間接経費: 3,000千円)
2020年度: 21,970千円 (直接経費: 16,900千円、間接経費: 5,070千円)
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| キーワード | 価数揺動 / 金属絶縁体転移 / 電場誘起転移 / 硫化サマリウム / 電子構造 / 体積変化 / 価数転移 / 光反射率 / 体積機能 / アクチュエータ |
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| 研究開始時の研究の概要 |
一硫化サマリウムSmSの価数揺動に起因する4f電子数と体積の相関を、徹底的な組成の制御とFermi準位付近の電子構造やSmの価数状態の評価により解明し、革新的なアクチュエータ材料を創製する。SmSは(4f)6と(4f)5(5d)1、2つの電子配置が拮抗しており、後者は格子体積が9%小さい。前者は絶縁体で7F0の非磁性状態、後者は金属的で6H5/2の磁性状態であるため、電場や磁場により絶縁体-金属転移を誘起できれば、体積を制御できる。これを活用し、ピエゾ材料や磁歪材料のような従来の「歪駆動アクチュエータ」材料の欠点を克服しうる、新しい「体積変化駆動アクチュエータ」材料を創製する。
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| 研究成果の概要 |
SmSならびにSmを他の元素R (R=Ca, Y, Ce, Pr, Nd)で置換したSm1-xRxSの単結晶試料を用いてSmSの価数揺動と体積の相関を調べ、下記の結果を得た：①液体窒素温度下での電場誘起絶縁体-金属転移には体積変化が伴わない。②SmSより電気抵抗率の高いSm1-xCaxSにおいては、電場による絶縁破壊により金属状態になっても、赤外-紫外域の反射率には、圧力や元素置換によって現れる価数転移に伴う大がかりなスペクトル変化が現れない。以上の結果は、電場誘起金属相は、価数転移により出現する金属相とは異なるものであることを示唆している。
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| 研究成果の学術的意義や社会的意義 |
SmSの価数転移は、希土類化合物が示す顕著な性質として、基礎物理学のみならず、工学の分野でも関心が高い。とりわけ電場による絶縁体-金属転移の誘起や負の微分抵抗の出現と価数転移の関係が注目を集めている。本研究の成果は、電場によって生じる特異な金属状態、伝導状態を理解する上で重要な実験結果を提示するものである。とりわけ、圧力誘起や元素置換による価数転移とは異なる機構であることを示したことは、この物質群の電子状態の理解に大きな貢献をすると考えられる。
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