混合原子価を持つ新奇クロム酸化物の物質開発

• 研究課題/領域番号: 24540362
• 研究種目: 基盤研究(C)
• 配分区分: 基金
• 応募区分: 一般
• 研究分野: 物性Ⅱ
• 研究機関: 東京大学
• 研究代表者: 礒部 正彦 東京大学, 物性研究所, 技術専門職員 (70396919)
• 研究期間 (年度): 2012-04-01 – 2014-03-31
• 研究課題ステータス: 中途終了 (2012年度)
• 配分額: 4,940千円 (直接経費: 3,800千円、間接経費: 1,140千円); 2014年度: 1,560千円 (直接経費: 1,200千円、間接経費: 360千円); 2013年度: 1,560千円 (直接経費: 1,200千円、間接経費: 360千円); 2012年度: 1,820千円 (直接経費: 1,400千円、間接経費: 420千円)
• キーワード: 高圧合成 / 混合原子価化合物 / クロム酸化物 / A サイト秩序ペロブスカイト型酸化物 / A サイト秩序型ペロブスカイト型酸化物

研究概要

申請者は、混合原子価をもつA サイト秩序ペロブスカイト型クロム酸化物の新物質開発を行った。昨年度までに、これまでに報告されているCaCu3Cr4O12に加えて、新規にAサイトにLaからLuまでの希土類元素が占めたACu3Cr4O12の高圧合成に成功している。今年度は、LaCu3Cr4O12およびBiCu3Cr4O12において、LaおよびBiサイトのCa置換を試み、系統的な高圧合成に成功した。物性に関しては、LaCu3Cr4O12は、低温で奇妙な反強磁性転移を示すことが、電気抵抗、比熱、または構造解析の測定結果から示された。同構造の鉄酸化物で報告されているような、電荷移動がCrからCuに起こっていることが示唆された。しかしながら、低温で電気抵抗は、完全には絶縁体になっていない。またLaサイトをCaで置換すると、徐々にその転移が、低温にシフトしつつ、転移が抑制される。一方、BiCu3Cr4O12においは、低温で奇妙な弱強磁性転移を示すが、電気抵抗、比熱、構造解析の結果からも示された。この化合物も、同構造の鉄酸化物で報告されている電荷不均化が示唆されるが、やはり低温での電気抵抗は、完全には絶縁体になっていない。この化合物は、BiサイトをCaで置換すると、La系と異なり、転移が急激に抑制される。同構造の鉄酸化物との物性の類似点と相違点がはっきりしてきた。高圧合成、電荷移動、電荷不均化等の多くの類似点がある一方で、低温での電気伝導が、絶縁体的と金属的とで、大きな違いがある。また鉄4+の酸化物が、低温で不安定である一方、クロム4+の酸化物は、低温まで金属的で安定である。鉄とクロムでは、d電子が、t2g軌道を占めるかeg軌道まで占めるかの違いがあり、酸素の2p軌道との混成状態も異なると考えられ、現れる物性の違いは興味深い。申請者は、今後もこの興味深い問題を継続して研究していきたいと考えている。

研究成果

• [雑誌論文] Barium vanadium silicate BaVSi2O7: A t2g counterpart of the Han purple compound (2013)
  • 著者名/発表者名: A. Vasiliev, O. Volkova, E. Zvereva, M. Isobe, Y. Ueda, S. Yoshii, H. Nojiri, V. Mazurenko, M. Valentyuk, V. Anisimov, I. Solovyev, R. Klingeler, and B. Buchne
  • 雑誌名: PHYSICAL REVIEW B 巻: 87 号: 13
  • DOI: 10.1103/physrevb.87.134412
  • 査読あり
• [雑誌論文] Ferromagnetism and re-entrant spin-glass transition in quasicrystal approximants Au-SM-Gd (SM = Si, Ge) (2013)
  • 著者名/発表者名: T Hiroto, G H Gebresenbut, C Pay Gomez, Y Muro, M Isobe, Y Ueda, K Tokiwa and R Tamura
  • 雑誌名: Journal of Physics : Condensed Matter 巻: 25 号: 42 ページ: 426004-426004
  • DOI: 10.1088/0953-8984/25/42/426004
  • 査読あり
• [雑誌論文] Local electronic state in the high-valence hollandite chromium oxide K_2Cr_8O_<16> investigated by ^<53>Cr NMR (2013)
  • 著者名/発表者名: Hikaru Takeda
  • 雑誌名: Physical Review B 巻: 88 号: 16
  • DOI: 10.1103/physrevb.88.165107
  • 査読あり
• [雑誌論文] Origins of Phase Transitions in Valence Fluctuating YbPd (2013)
  • 著者名/発表者名: A. Mitsuda, M. Sugishima, T. Hasegawa, S. Tsutsui, M. Isobe, Y. Ueda, M. Udagawa, H. Wada
  • 雑誌名: J. Phys. Soc. Jpn 巻: Vol. 82 号: 8 ページ: 084712-084712
  • DOI: 10.7566/jpsj.82.084712
  • NAID: 40019745502
  • 査読あり
• [雑誌論文] Charge Density Wave and Superconductivity of RPt2Si2 (R = Y, La, Nd, and Lu) (2013)
  • 著者名/発表者名: Y. Nagano, N. Araoka, A. Mitsuda, H. Yayama, H. Wada, M. Ichihara, M. Isobe, and Y. Ueda
  • 雑誌名: Journal of the Physical Society of Japan 巻: 82 号: 6 ページ: 1787-1791
  • DOI: 10.7566/jpsj.82.064715
  • NAID: 210000132614
  • 査読あり
• [雑誌論文] Valence instability and photochemical reaction at surface of strongly correlated MgTi2O4 (2013)
  • 著者名/発表者名: H.Fujiwara, Y.Ishige, T.Mizokawa, T.Sasaki, M.Isobe and Y.Ueda
  • 雑誌名: APL MATERIALS 巻: 1 号: 2
  • DOI: 10.1063/1.4818355
  • 査読あり
• [雑誌論文] Phase diagram and Eu valence state in EuPtP1-xAsx (2013)
  • 著者名/発表者名: M. Sugishima, A. Mitsuda, H. Wada
  • 雑誌名: J. Korean Phys. Soc 巻: Vol. 62 号: 12 ページ: 2019-2023
  • DOI: 10.3938/jkps.62.2019
  • 査読あり
• [雑誌論文] Synthesis, Structure and Electromagnetic Properties of Manganese Hollandite, KxMn8O16 (2012)
  • 著者名/発表者名: T. Kuwabara, M. Isobe, H. Gotou, T. Yagi, D. Nishio-Hamane, and Y. Ueda
  • 雑誌名: J. Phys. Soc. Jpn 巻: 81 号: 10 ページ: 104701-104701
  • DOI: 10.1143/jpsj.81.104701
  • NAID: 210000109733
  • 査読あり
• [雑誌論文] u+SR study on ferromagnetic hollandites, K2Cr8O16 and Rb2Cr8O16 (2012)
  • 著者名/発表者名: J. Sugiyama
  • 雑誌名: Physical Review B 巻: 85 号: 21
  • DOI: 10.1103/physrevb.85.214407
  • 査読あり
• [雑誌論文] Observation of Structural Change in the Novel Ferromagnetic (2012)
  • 著者名/発表者名: Akiko NAKAO
  • 雑誌名: J. Phys. Soc. Jpn. 巻: 81 号: 5 ページ: 054710-054710
  • DOI: 10.1143/jpsj.81.054710
  • 査読あり
• [雑誌論文] Ferromagnetic hollandite K2Cr8O16 (2012)
  • 著者名/発表者名: J. Sugiyamaa, H. Nozakia, M. Manssonb, K. Prsa, A. Amato, M. Isobe, Y. Ueda
  • 雑誌名: Physics Procedia 巻: 30 ページ: 186-189
  • DOI: 10.1016/j.phpro.2012.04.069
  • 査読あり
• [学会発表] High-pressure synthesis and physical properties of the mixed-valence chromium oxides K2Cr8O16 (2013)
  • 著者名/発表者名: Masahiko Isobe
  • 学会等名: 2013 MRS Spring Meeting & Exhibit
  • 発表場所: Marriott Marquis, San Francisco, California
• [学会発表] High pressure synthesis and physical properties of hollandite K2V8O16 and K2Cr8O16 (2013)
  • 著者名/発表者名: Masahiko Isobe
  • 学会等名: European High Pressure Research Group International Meeting （EHPRG 51)
  • 発表場所: Queen Mary University of London
• [学会発表] 混合原子価クロム酸化物ACu3Cr4O12(A=La,Bi) (2013)
  • 著者名/発表者名: 礒部正彦、桜井裕也、後藤弘匡、広井善二
  • 学会等名: 日本物理学会2013年秋季大会
  • 発表場所: 徳島大学(徳島県)
• [学会発表] Mixed-valent chromium oxides ACu3Cr4O12 (A=La, Bi) (2013)
  • 著者名/発表者名: Masahiko Isobe
  • 学会等名: Workshop Strongly Correlated Electron Systems
  • 発表場所: Schloss Ringberg in Germany
• [学会発表] ホーランダイト型クロム酸化物K2Cr8O16の金属－絶縁体転移 (2013)
  • 著者名/発表者名: 礒部正彦, 中尾朗子, 中尾裕則, 上田寛
  • 学会等名: 日本化学会第93春季年会
  • 発表場所: 立命館大学
• [学会発表] ホーランダイト型クロム酸化物K2Cr8O16の新奇な金属－絶縁体転移 (2012)
  • 著者名/発表者名: 礒部正彦, 上田寛, 中尾朗子, 中尾裕則
  • 学会等名: 日本セラミックス協会第25回秋季シンポジウム
  • 発表場所: 名古屋工業大学
• [学会発表] ホランダイト型クロム酸化物 (2012)
  • 著者名/発表者名: 礒部正彦
  • 学会等名: 科研費基盤A研究会「バナジウム酸化物、クロム酸化物研究の総括と新物質開発に向けて」
  • 発表場所: ホテル ラフォーレ伊東
  • 招待講演
• [学会発表] ホランダイト型遷移金属酸化物の金属 ー絶縁体転移－高圧合成を用いた物質開発－ (2012)
  • 著者名/発表者名: 礒部正彦
  • 学会等名: 日本物理学会 四国支部 学術講演会
  • 発表場所: 徳島大学
  • 招待講演