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Aサイトcolumnar秩序型ペロブスカイト型化合物における極性構造の制御

研究課題

研究課題/領域番号 21J12469
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
審査区分 小区分36010:無機物質および無機材料化学関連
研究機関国立研究開発法人物質・材料研究機構 (2022)
東京工業大学 (2021)

研究代表者

福田 真幸  国立研究開発法人物質・材料研究機構, 国際ナノアーキテクトニクス研究拠点, 特別研究員(PD)

研究期間 (年度) 2021-04-28 – 2023-03-31
研究課題ステータス 完了 (2022年度)
配分額 *注記
1,500千円 (直接経費: 1,500千円)
2022年度: 700千円 (直接経費: 700千円)
2021年度: 800千円 (直接経費: 800千円)
キーワード非鉛材料 / 強誘電体 / ペロブスカイト酸化物 / 高圧合成
研究開始時の研究の概要

CaMnTi2O6は秩序-無秩序転移により強誘電性を示す。申請者はこれまでにこの化合物のTi4+の一部をV4+で置換することで、V4+のヤーンテラー効果に由来する巨大自発分極が生じることを明らかにした。V4+の巨大変位の観察は非鉛材料では初めてであった。しかし、Vの完全置換であるCaMnV2O6の合成には至っていない。
本研究では、合成条件の見直しによりCaMnV2O6、さらには関連化合物を合成しその詳細な結晶構造解析ならびに誘電特性の評価に取り組む。高い強誘電転移温度と巨大自発分極を併せ持つ材料や、近年注目されている極性金属の設計を目指す。

研究実績の概要

最終年度は、次の5つの研究を進めた。
(1) 非鉛極性物質候補として前年度までに合成したAサイトcolumnar秩序型ペロブスカイトCaZV2O6の結晶構造・電子構造について、実験的・計算的に調査した。(2) 新しい強誘電性発現機構を示すCaMnTi2O6について、電子ドープを行うことで新規極性金属の合成を試みた。(3) 非鉛系極性物質候補として前年度より合成に挑戦していたCaMnV2O6について、合成条件の工夫を試みた。(4) Nb系ペロブスカイト強誘電体CuNbO3について、圧力誘起相転移を実験的・計算的に調査した。(5) 過去に合成のみが報告されていたNb系ペロブスカイト強誘電体RbNbO3について、結晶構造・高温相転移を実験的に調査した。

(2), (3)については様々に挑戦したものの目的の物質を得ることが出来なかった。(1), (4), (5)については、下記の結果をそれぞれを論文として報告した。(1) CaZnV2O6が期待していた極性反強磁性絶縁体ではなく、非極性常磁性金属であることを明らかにした。一方、反強磁性転移の近傍にある可能性を示し、ドープ等による相転移を期待している。(4) CuNbO3が35 GPaまで相転移しないことを明らかにした。他の類似結晶構造物質が20 GPa以下で相転移を示すことを踏まえると異例である。CuNbO3の相転移圧力が高い原因がCu-O間の共有結合性にあることを明らかにし、圧力誘起相転移における結合性の重要性を示した。(5) RbNbO3が非鉛圧電体として最も研究されているKNbO3と同じ極性構造をとることを明らかにした。さらに、KNbO3よりも大きい自発分極をRbNbO3が示すことを明らかにした。(1), (4)の結果はInorg. Chem.、(5)の結果はJ. Ceram. Soc. Jpn.に掲載された。

現在までの達成度 (段落)

令和4年度が最終年度であるため、記入しない。

今後の研究の推進方策

令和4年度が最終年度であるため、記入しない。

報告書

(2件)
  • 2022 実績報告書
  • 2021 実績報告書
  • 研究成果

    (10件)

すべて 2023 2022 2021

すべて 雑誌論文 (5件) (うち国際共著 1件、 査読あり 5件、 オープンアクセス 3件) 学会発表 (5件) (うち国際学会 3件、 招待講演 1件)

  • [雑誌論文] Experimental studies on crystal structures and phase transitions in perovskite-type RbNbO<sub>3</sub>2023

    • 著者名/発表者名
      Fukuda Masayuki、Yamaura Kazunari
    • 雑誌名

      Journal of the Ceramic Society of Japan

      巻: 131 号: 5 ページ: 126-129

    • DOI

      10.2109/jcersj2.23012

    • ISSN
      1348-6535, 1882-0743
    • 年月日
      2023-05-01
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] A-Site Columnar-Ordered Perovskite CaZnV2O6 as a Pauli-Paramagnetic Metal2023

    • 著者名/発表者名
      Masayuki Fukuda、Takumi Nishikubo、Hongwu Yu、Yoichi Okimoto、Shin-ya Koshihara、Kazunari Yamaura、Masaki Azuma
    • 雑誌名

      Inorganic Chemistry

      巻: -

    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Suppression of Pressure-Induced Phase Transitions in a Monoclinically Distorted LiNbO3 Type CuNbO3 by Preference for a CuO3 Triangular Coordination Environment2022

    • 著者名/発表者名
      Fukuda Masayuki、Murata Hidenobu、Nishikubo Takumi、Liu Qiumin、Lee Koomok、Koike Takehiro、Takahashi Yuma、Kawaguchi Saori I.、Hirao Naohisa、Funakubo Hiroshi、Azuma Masaki
    • 雑誌名

      Inorganic Chemistry

      巻: 61 号: 32 ページ: 12719-12725

    • DOI

      10.1021/acs.inorgchem.2c01766

    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Topochemical Synthesis of Perovskite-Type CuNb2O6 with Colossal Dielectric Constant2021

    • 著者名/発表者名
      Fukuda Masayuki、Yamada Ikuya、Hojo Hajime、Takahashi Chihiro、Yoshida Yuya、Tanaka Katsuhisa、Azuma Masaki、Fujita Koji
    • 雑誌名

      Journal of Materials Chemistry C

      巻: 9 号: 39 ページ: 13981-13990

    • DOI

      10.1039/d1tc01711j

    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Origin and Absence of Giant Negative Thermal Expansion in Reduced and Oxidized Ca<sub>2</sub>RuO<sub>4</sub>2021

    • 著者名/発表者名
      Hu Lei、Zhu Yingcai、Fang Yue-Wen、Fukuda Masayuki、Nishikubo Takumi、Pan Zhao、Sakai Yuki、Kawaguchi Shogo、Das Hena、Machida Akihiko、Watanuki Tetsu、Mori Shigeo、Takenaka Koshi、Azuma Masaki
    • 雑誌名

      Chemistry of Materials

      巻: 33 号: 19 ページ: 7665-7674

    • DOI

      10.1021/acs.chemmater.1c01619

    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [学会発表] Synthesis and unusual crystal structures of novel perovskite niobates2023

    • 著者名/発表者名
      Masayuki Fukuda
    • 学会等名
      International Collaborative Meeting on Mixed-anion Compounds
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] 非鉛Aカチオン-酸素共有結合を有するペロブスカイト強誘電体の構造物性2022

    • 著者名/発表者名
      福田真幸
    • 学会等名
      第32回日本MRS年次大会
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] ペロブスカイト型酸化物Bi0.5Pb0.5MO3(M=3d遷移金属)の電荷分布変化2022

    • 著者名/発表者名
      酒井雄樹, 木原汐里, 若崎翔吾, 西久保匠, 福田真幸, 水牧仁一郎, 東正樹
    • 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] Change in Spontaneous Polarization of Order-disorder Ferroelectrics Induced by V4+2021

    • 著者名/発表者名
      Masayuki Fukuda, Takumi Nishikubo, Yuki Sakai, Hongwu Yu, Yoichi Okimoto, Shin-ya Koshihara, Masaki Azuma
    • 学会等名
      he 10th Asian Conference on High Pressure Research (ACHPR10)
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Low-dimensional Magnetism with Triangular “CuV2” Motifs2021

    • 著者名/発表者名
      Yiran Wang, Masayuki Fukuda, Romain Gautier, Atsushi Miyake, Sergey Nikolaev, Hena Das, Masashi Tokunaga, Masaki Azuma, Kenneth R. Poeppelmeier
    • 学会等名
      2021 MRS Fall Meeting
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 国際学会

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公開日: 2021-05-27   更新日: 2024-03-26  

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