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自己組織化分子のスローダイナミクスが生み出す無機柔粘性結晶の開拓

研究課題

研究課題/領域番号 20H02604
研究種目

基盤研究(B)

配分区分補助金
応募区分一般
審査区分 小区分29010:応用物性関連
研究機関名古屋大学

研究代表者

片山 尚幸  名古屋大学, 工学研究科, 准教授 (50623758)

研究分担者 山内 徹  東京大学, 物性研究所, 技術専門員 (10422445)
齋藤 晃  名古屋大学, 未来材料・システム研究所, 教授 (50292280)
太田 幸則  千葉大学, 大学院理学研究院, 名誉教授 (70168954)
研究期間 (年度) 2020-04-01 – 2023-03-31
研究課題ステータス 完了 (2023年度)
配分額 *注記
18,070千円 (直接経費: 13,900千円、間接経費: 4,170千円)
2022年度: 3,640千円 (直接経費: 2,800千円、間接経費: 840千円)
2021年度: 4,030千円 (直接経費: 3,100千円、間接経費: 930千円)
2020年度: 10,400千円 (直接経費: 8,000千円、間接経費: 2,400千円)
キーワード格子ダイナミクス / 放射光X線 / 構造解析 / 柔粘性結晶 / 放射光X線回折 / 量体化 / 局所揺らぎ / 短距離秩序 / ダイナミクス / 局所構造解析 / 自己組織化 / 強相関電子
研究開始時の研究の概要

本課題では申請者が二次元三角格子系LiVS2で最近見出した、柔粘性結晶相発現の背景物理の解明と、同様の性質を示す新たな物質系の開発を目指す。LiVS2は314 K以下でバナジウム三量体化を伴う金属-非磁性絶縁体転移を示す。高温常磁性相では、バナジウムがジグザグ状の短距離秩序を形成しており、このジグザグ鎖の形成パターンが時間・空間的にゆっくりと変動する。ジグザグ鎖のパターンは3種類存在し、これらの配向はすべて異なることから、この格子ダイナミクスは無機化合物で実現した柔粘性結晶状態と定義される。同様の『無機柔粘性結晶』の新たな候補物質の開発を通じて、その発現メカニズムを明らかにすることを目指す。

研究成果の概要

構成分子の重心位置に秩序を持ちながらも、配向に秩序をもたない状態は柔粘性結晶と呼ばれ、有機の分子性結晶を中心に活発に研究がなされている。本研究では、こうした柔粘性結晶に属する分子ダイナミクスを示す新しい無機材料「無機柔粘性結晶」の開発に取り組んだ。その結果、LiVSe2やLiRh2O4など、複数の無機柔粘性結晶候補物質の開拓に成功し、論文報告を行うことができた。また、放射光X線を用いることで、無機柔粘性結晶の揺らぎのダイナミクスらしきものを捉えることにも成功した。「無機柔粘性結晶」という新しい材料を世の中に提案するための基盤となる成果を挙げることができたと考える。

研究成果の学術的意義や社会的意義

本研究課題で取り扱った無機柔粘性結晶とは、無機材料中において構成元素が自発的に集合して作られた分子が、配向や分布を時間依存して変化させる状態である。これは、従来の分子性材料で研究される柔粘性結晶状態とは明確に異なる状態であり、無機柔粘性結晶からは新しい電子状態や機能が創出される可能性がある。本研究では、こうした無機柔粘性結晶が普遍的に実現しうるものであることを物質開拓を通じて明らかにすることができた。

報告書

(4件)
  • 2023 研究成果報告書 ( PDF )
  • 2022 実績報告書
  • 2021 実績報告書
  • 2020 実績報告書
  • 研究成果

    (42件)

すべて 2024 2023 2022 2021 2020 その他

すべて 国際共同研究 (1件) 雑誌論文 (6件) (うち国際共著 2件、 査読あり 6件、 オープンアクセス 1件) 学会発表 (33件) (うち国際学会 3件、 招待講演 3件) 備考 (2件)

  • [国際共同研究] Virginia University(米国)

    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
  • [雑誌論文] Metastable ordered states induced by low-temperature annealing of δ-Ag2/3V2O52024

    • 著者名/発表者名
      Kubo T.、Kojima K.、Katayama N.、Run?evski T.、Dinnebier R. E.、Gibbs A. S.、Isobe M.、Sawa H.
    • 雑誌名

      Physical Review B

      巻: 109 号: 10 ページ: 104115-104115

    • DOI

      10.1103/physrevb.109.104115

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      2022 実績報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Observation of local atomic displacements intrinsic to the double zigzag chain structure of 1T-MTe2 (M=V, Nb, Ta)2023

    • 著者名/発表者名
      Katayama N.、Matsuda Y.、Kojima K.、Hara T.、Kitou S.、Mitsuishi N.、Takahashi H.、Ishiwata S.、Ishizaka K.、Sawa H.
    • 雑誌名

      Physical Review B

      巻: 107 号: 24 ページ: 245113-245113

    • DOI

      10.1103/physrevb.107.245113

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      2022 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Zigzag chain order of LiVSe2 developing away from the vanadium trimer phase transition boundary2023

    • 著者名/発表者名
      Kojima K.、Katayama N.、Sugimoto K.、Hirao N.、Ohta Y.、Sawa H.
    • 雑誌名

      Physical Review B

      巻: 108 号: 9 ページ: 094107-094107

    • DOI

      10.1103/physrevb.108.094107

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      2022 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Charge-ordered state satisfying the Anderson condition in LiRh2O4 arising from local dimer order2022

    • 著者名/発表者名
      Shiomi M.、Kojima K.、Katayama N.、Maeda S.、Schneeloch J. A.、Yamamoto S.、Sugimoto K.、Ohta Y.、Louca D.、Okamoto Y.、Sawa H.
    • 雑誌名

      Physical Review B

      巻: 105 号: 4 ページ: 1-5

    • DOI

      10.1103/physrevb.105.l041103

    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Slow dynamics of disordered zigzag chain molecules in layered LiVS2 under electron irradiation2021

    • 著者名/発表者名
      Katayama Naoyuki、Kojima Keita、Yamaguchi Tomoki、Hattori Sosuke、Tamura Shinya、Ohara Koji、Kobayashi Shintaro、Sugimoto Koudai、Ohta Yukinori、Saitoh Koh、Sawa Hiroshi
    • 雑誌名

      npj Quantum Materials

      巻: 6 号: 1 ページ: 16-16

    • DOI

      10.1038/s41535-021-00313-w

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Robust atomic orbital in the cluster magnet LiMoO22020

    • 著者名/発表者名
      Katayama N.、Takeda H.、Yamaguchi T.、Yamada Y.、Iida K.、Takigawa M.、Ohta Y.、Sawa H.
    • 雑誌名

      Physical Review B

      巻: 102 号: 8

    • DOI

      10.1103/physrevb.102.081106

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 査読あり
  • [学会発表] 無機固体で生じる分子形成現象2024

    • 著者名/発表者名
      片山尚幸
    • 学会等名
      第6回固体化学フォーラム
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      2022 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] δ-Ag2/3V2O5の低温アニールによる準安定秩序状態の実現2024

    • 著者名/発表者名
      久保泰星, 小島慶太, 片山尚幸, 礒部正彦, 澤博
    • 学会等名
      日本物理学会2024年春季大会
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      2022 実績報告書
  • [学会発表] スピネル型化合物CuIr2S4における圧力誘起構造相転移2024

    • 著者名/発表者名
      江見方敏, 小島慶太, 片山尚幸, 岡健太, 門林宏和, 河口沙織, 橋本賢太, 気谷卓, 澤博
    • 学会等名
      日本物理学会2024年春季大会
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      2022 実績報告書
  • [学会発表] Observation of local atomic displacements intrinsic to the double zigzag chain structure of 1T-MTe2 (M = V, Nb, Ta).2023

    • 著者名/発表者名
      N. Katayama, Y. Matsuda, K. Kojima, H. Sawa
    • 学会等名
      MRM2023/IUMRS-ICA2023 Grand Meeting
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      2022 実績報告書
  • [学会発表] 二重ジグザグ鎖構造を持つ1T-MTe2 (M = V, Nb, Ta)で生じる局所原子変位の観測2023

    • 著者名/発表者名
      片山尚幸
    • 学会等名
      第33回日本MRS年次大会
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      2022 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] 幾何学的フラストレーション系物質における量体化と短距離秩序の発達2022

    • 著者名/発表者名
      片山尚幸
    • 学会等名
      ISSP ワークショップ 高圧セミナー “最近の話題から”
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] 動的短距離秩序を有するLiVS2の放射光X線構造研究2022

    • 著者名/発表者名
      小島慶太、片山尚幸、田渕雅夫、澤博
    • 学会等名
      第10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
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
  • [学会発表] 放射光 X 線単結晶回折による直線型三量体をもつ TaTe2の局所構造解析2022

    • 著者名/発表者名
      松田悠大、小島慶太、片山尚幸、澤博
    • 学会等名
      日本物理学会 第77回年次大会
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
  • [学会発表] 超伝導スピネル化合物 CuRh2S4における圧力誘起構造相転移2022

    • 著者名/発表者名
      塩見学、小島慶太、平尾直久、片山尚幸、澤博
    • 学会等名
      日本物理学会 第77回年次大会
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
  • [学会発表] 混合原子価スピネル型酸化物LiRh2O4における構造物性研究2022

    • 著者名/発表者名
      塩見学, 小島慶太, 片山尚幸, 前田秦, J. A. Schneeloch, D. Louca, 岡本佳比古, 澤博
    • 学会等名
      第10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
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
  • [学会発表] 放射光X線回折による直線型三量体を持つTaTe2の局所構造解析2022

    • 著者名/発表者名
      松田悠大, 小島慶太, 片山尚幸, 澤博
    • 学会等名
      第10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
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      2021 実績報告書
  • [学会発表] Identification of the vanadium trimers in LiVO2 by synchrotron X-ray Diffraction. ~A longstanding structural mystery~2021

    • 著者名/発表者名
      K. Kojima, N. Katayama, S. Tamura, M. Shiomi, and H. Sawa
    • 学会等名
      MIRAI 2.0 R&I Week 2021
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      2021 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] 層状LiVSe2の高圧下で発達するジグザグ鎖秩序2021

    • 著者名/発表者名
      小島慶太、磯田龍也、塩見学、片山尚幸、澤博
    • 学会等名
      日本物理学会 2021年秋季大会
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
  • [学会発表] 層状LiVX2(X = S, Se)の三量体相近傍で現れるVジグザグ鎖の発達2021

    • 著者名/発表者名
      小島慶太、磯田龍矢、塩見学、片山尚幸、澤博
    • 学会等名
      第5回 固体化学フォーラム
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      2021 実績報告書
  • [学会発表] 量体化系 RuP の高温相における局所三量体の発達2021

    • 著者名/発表者名
      横田陽之, 小島慶太, 片山尚幸, 平井大悟郎, 廣井善二, 澤博
    • 学会等名
      日本物理学会 2021年秋季大会
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      2021 実績報告書
  • [学会発表] RuP の金属絶縁体転移における直線三量体分子軌道形成2021

    • 著者名/発表者名
      平井大悟郎, 小島慶太, 片山尚幸, 河村光晶, 浜根大輔, 広井善二
    • 学会等名
      日本物理学会 2021年秋季大会
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
  • [学会発表] スピネル型化合物CuRh2Se4の高圧下構造研究2021

    • 著者名/発表者名
      江見方敏, 小島慶太, 塩見学, 片山尚幸, 河口沙織, 平尾直久, 澤博
    • 学会等名
      日本物理学会 2021年秋季大会
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      2021 実績報告書
  • [学会発表] 放射光X線を用いたコア差フーリエ合成法によるRTiO3における3d軌道状態の直接観測2020

    • 著者名/発表者名
      鬼頭俊介、萬條太駿、片山尚幸、獅子堂達也、有馬孝尚、田口康二郎、十倉好紀、杉本邦久、澤博
    • 学会等名
      日本物理学会 2020年秋季大会
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      2020 実績報告書
  • [学会発表] 放射光X線回折を用いた3d軌道状態の直接観測2020

    • 著者名/発表者名
      鬼頭俊介、萬條太駿、片山尚幸、獅子堂達也、有馬孝尚、田口康二郎、十倉好紀、杉本邦久、澤博
    • 学会等名
      第34回日本放射光学会年会・放射光科学合同シンポジウム
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      2020 実績報告書
  • [学会発表] Direct determination of Ti-3d1 orbital state in YTiO3 using synchrotron X-ray diffraction2020

    • 著者名/発表者名
      Shunsuke Kitou, Taishun Manjo, Naoyuki Katayama, Tatsuya Shishidou, Taka-hisa Arima, Yasujiro Taguchi, Yoshinori Tokura, Toshikazu Nakamura, Toshihiko Yokoyama, Kunihisa Sugimoto, and Hiroshi Sawa
    • 学会等名
      APS March Meeting 2021
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      2020 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] FeとVが軌道自由度を有するスピネル型酸化物FeV2O4の3d電子軌道状態の観測2020

    • 著者名/発表者名
      萬條太駿、鬼頭俊介、片山尚幸、野村悠祐、有田亮太郎、新居陽一、有馬孝尚、澤博
    • 学会等名
      日本物理学会 2020年秋季大会
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
  • [学会発表] 放射光X線非弾性散乱を用いたFeV2O4の特異なフォノン分散の観測2020

    • 著者名/発表者名
      萬條太駿、鬼頭俊介、片山尚幸、長谷川巧、石川大介、Alfred Q. R. Baron、勝藤拓郎、中村真一、澤博
    • 学会等名
      日本物理学会 第76回年次大会
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      2020 実績報告書
  • [学会発表] 散漫散乱周期から決定する不定組成比τ型分子性導体のバンドフィリング2020

    • 著者名/発表者名
      原武史、鬼頭俊介、片山尚幸、吉野治一、澤博
    • 学会等名
      日本物理学会 2020年秋季大会
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
  • [学会発表] 新奇物質TMTTF-I塩における多彩な結晶構造2020

    • 著者名/発表者名
      細木雄斗、鬼頭俊介、片山尚幸、中村敏和、澤博
    • 学会等名
      日本物理学会 2020年秋季大会
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
  • [学会発表] 1/2充填バンド構造を有する(TMTTF)X系の結晶構造2020

    • 著者名/発表者名
      張力東, 鬼頭俊介, 片山尚幸, 中村敏和, 澤博
    • 学会等名
      日本物理学会 第76回年次大会
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
  • [学会発表] LiVS2の数百μm級単結晶を用いた放射光X線散乱による構造物性研究2020

    • 著者名/発表者名
      小島慶太、片山尚幸、鬼頭俊介、竹田晋吾、田渕雅夫、澤博
    • 学会等名
      日本物理学会 2020年秋季大会
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
  • [学会発表] Vanadium trimers randomly aligned along the c-axis direction in layered LiVO22020

    • 著者名/発表者名
      Keita Kojima, Naoyuki Katayama, Shinya Tamura, Manabu Shiomi, Hiroshi Sawa
    • 学会等名
      APS March Meeting 2021
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] β-パイロクロア酸化物CsW2O6の局所構造解析2020

    • 著者名/発表者名
      塩見学, 小島慶太, 片山尚幸, 岡本佳比古, 澤博
    • 学会等名
      日本物理学会 2020年秋季大会
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
  • [学会発表] 4f電子系パイロクロア磁性体NaLnTe2 (Ln = Ce, Pr, Nd)の合成と磁気的性質Ⅱ2020

    • 著者名/発表者名
      江藤昂樹, 岡本佳比古, 片山尚幸, 竹中康司
    • 学会等名
      日本物理学会 第76回年次大会
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
  • [学会発表] 元素置換したノーダルライン半金属CaAgPに現れる高移動度キャリアと超伝導2020

    • 著者名/発表者名
      岡本佳比古, 三枝一茂, 篠田祐作, 山影相, 山川洋一, 笹川崇男, 片山尚幸, 高津浩, 陰山洋, 竹中康司
    • 学会等名
      日本物理学会 第76回年次大会
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
  • [学会発表] 励起子絶縁体関連物質Ta2Ni(Se1-xSx)5の高圧赤外分光2020

    • 著者名/発表者名
      松井勇太, 三木克哲, 溝川貴司, 魯楊帆, 片山尚幸, 野原実, 高木英典, 森脇太郎, 池本夕佳, 岡村英一
    • 学会等名
      日本物理学会 第76回年次大会
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
  • [学会発表] 混合原子価スピネル酸化物LiRh2O4の低温相構造解析2020

    • 著者名/発表者名
      塩見学, 小島慶太, 前田秦, 片山尚幸, 岡本佳比古, 澤博
    • 学会等名
      日本物理学会 第76回年次大会
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
  • [学会発表] 高分解能STEM像をもちいた原子位置精密計測 のための辞書学習パラメータの最適化2020

    • 著者名/発表者名
      齋藤晃,服部颯介,野村優貴
    • 学会等名
      日本顕微鏡学会第76回学術講演会
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
  • [備考] 層状LiVS2で現れる無秩序ジグザグ鎖のスローダイナミクス

    • URL

      http://www.mcr.nuap.nagoya-u.ac.jp/katayama_2021February.html

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
  • [備考] クラスター磁性体LiMoO2に生き残る原子軌道

    • URL

      http://www.mcr.nuap.nagoya-u.ac.jp/katayama_2020July.html

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書

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公開日: 2020-04-28   更新日: 2025-01-30  

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