高圧急冷法を用いた酸化物系ハイパーマテリアルの探索

• 研究領域: ハイパーマテリアル：補空間が創る新物質科学
• 研究課題/領域番号: 20H05276
• 研究種目: 新学術領域研究(研究領域提案型)
• 配分区分: 補助金
• 審査区分: 理工系
• 研究機関: 国立研究開発法人物質・材料研究機構
• 研究代表者: 山浦 一成 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, グループリーダー (70391216)
• 研究期間 (年度): 2020-04-01 – 2022-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2021年度)
• 配分額: 8,450千円 (直接経費: 6,500千円、間接経費: 1,950千円); 2021年度: 4,290千円 (直接経費: 3,300千円、間接経費: 990千円); 2020年度: 4,160千円 (直接経費: 3,200千円、間接経費: 960千円)
• キーワード: 酸化物準結晶 / 高圧合成 / 準結晶 / 酸化物

研究開始時の研究の概要

1980年代に合金系で発見された準結晶は、2010代になって超伝導や反強磁性や量子臨界現象が次々と発見され、その機能性に注目が集まっている。さらに材料としての発展性を担保するためには酸化物系の準結晶（焼結体や単結晶などのバルク体）の開拓が必須と思われるが、その合成は困難を極めている。いまだに成功例がない。継続的な実験努力が求められている。本課題では、高圧合成法を主に活用して酸化物系準結晶のバルク体の合成に挑戦する。

研究実績の概要

亜酸化物は、電気陰性度が小さな金属元素同士が多数結合した金属クラスターと、そのクラスター間に挿入された酸素を特徴とする特異な酸化物として研究されてきた経緯がある。かつてはCs11O3やRb9O2のように大気中で不安定な亜酸化物が多かったが、近年では大気中でも安定なTiを含む3元系亜酸化物Ti7Ga2O6， Ti3GaO， Ti5Ga3Oが合成され (H. Yamane, S. Amano, Inorg. Chem. 57, 9941, 2018)、さらには新規超伝導体Nb5Ir3O （Tc＝10.5 K）とTi4M2O (M = Co, Rh, Ir) (Tc＝2.3～5.4 K)が合成されるなど新物質開発が進展している (K.Y. Ma, et al. Chem. Mater. 23, 8722, 2021)。
我々は、亜酸化物のクラスター構造的な特徴に着目して物質探索を進め、正20面体的な特徴を備える、かつ大気中でも安定な新規亜酸化物の創製を目指して、特にTi系亜酸化物の周辺物質・関連物質の合成、および新物質の探索を進めた。実験手段として、新物質合成に有効な高圧合成法を用いた。昨年度に続き、Ti-Ga-O系の亜酸化物の高圧環境下での合成実験を進め、さらに単一ステップから複数ステップの熱処理へと実験条件を最適化し、さらにまたGeや他の金属元素との固溶体の合成を進めた。これまでのところ明確な特徴を備えた新物質や、重要な周辺物質・関連物質の合成には至らなかったが、第2期の公募研究課題として探索を継続する。
なお探索の過程で、酸化物準結晶と直接関係ないが、Ba-Ti-O系の新規高圧相を合成したため、その特異な構造的特徴と併せて学術論文として公表する準備を進めた。

現在までの達成度 (段落)

令和3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3年度が最終年度であるため、記入しない。

研究成果

• [国際共同研究] Paul Scherrer Institute/ETH Zurich(スイス)
• [国際共同研究] the State University of New Jersey/Oak Ridge National Laboratory/University of Texas at Austin(米国)
• [国際共同研究] STFC RUTHERFORD APPLETON LABORATORY/UNIVERSITY COLLEGE LONDON/UNIVERSITY OF OXFORD(英国)
• [国際共同研究] INSTITUTE OF PHYSICS CAS/SHANGHAITECH UNIVERSITY(中国)
• [国際共同研究] OAK RIDGE NATIONAL LABORATORY(米国)
• [国際共同研究] TECHNISCHE UNIVERSITAT DRESDEN(ドイツ)
• [国際共同研究] PAUL SCHERRER INSTITUTE(スイス)
• [雑誌論文] Melting of magnetic order in NaOsO3 by femtosecond laser pulses (2022)
  • 著者名/発表者名: Giorgianni, F.; Burian, M.; Gurung, N.; Kubli, M.; Esposito, V.; Staub, U.; Beaud, P.; Johnson, S. L.; Windsor, Y. W.; Rettig, L.; Ozerov, D.; Lemke, H.; Saha, S.; Pressacco, F.; Collins, S. P.; Togashi, T.; Katayama, T.; Owada, S.; Yabashi, M.; Yamaura, K.; Tanaka, Y.; Scagnoli, V.
  • 雑誌名: Phys. Rev. B 巻: 105 号: 15 ページ: 155147-155147
  • DOI: 10.1103/physrevb.105.155147
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Multiple magnetic transitions and complex magnetic behaviour of the perovskite manganite NdMn7O12 (2022)
  • 著者名/発表者名: Belik, A. A.; Liu, R.; Zhang, L.; Terada, N.; Tanaka, M.; Yamaura, K.
  • 雑誌名: J. Solid State Chem. 巻: 309 ページ: 122969-122969
  • DOI: 10.1016/j.jssc.2022.122969
  • 査読あり
• [雑誌論文] Strongly correlated electrons in the ferroelectric metal LiOsO3 (2021)
  • 著者名/発表者名: Zhou, J. S.; Li, X.; He, J. M.; Chen, J.; Yamaura, K.
  • 雑誌名: Phys. Rev. B 巻: 104 号: 11
  • DOI: 10.1103/physrevb.104.115130
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Magnetic Properties of S = 1/2 Distorted Kagome Antiferromagnet CdCu3(OH)6Cl2 with Low-Symmetry Orbital Arrangement (2021)
  • 著者名/発表者名: Yoshida Hiroyuki K.、Noguchi Naoya、Ishii Yuto、Oda Migaku、Chen Jie、Yamaura Kazunari、Yamashita Satoshi、Nakazawa Yasuhiro、Kida Takanori、Narumi Yasuo、Hagiwara Masayuki
  • 雑誌名: Journal of the Physical Society of Japan 巻: 90 号: 4 ページ: 044714-044714
  • DOI: 10.7566/jpsj.90.044714
  • NAID: 40022540074
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] La3Ga3Ge2S3O10: An Ultraviolet Nonlinear Optical Oxysulfide Designed by Anion-Directed Band Gap Engineering (2021)
  • 著者名/発表者名: Yan, H.; Matsushita, Y.; Yamaura, K.; Tsujimoto, Y.
  • 雑誌名: Angew. Chem. Int. Ed. 巻: 60 号: 51 ページ: 26561-26565
  • DOI: 10.1002/anie.202112692
  • 査読あり
• [雑誌論文] Magnetic properties of the Shastry-Sutherland lattice material BaNd2ZnO5 (2021)
  • 著者名/発表者名: Ishii Yuto、Sala G.、Stone M. B.、Garlea V. O.、Calder S.、Chen Jie、Yoshida Hiroyuki K.、Fukuoka Shuhei、Yan Jiaqiang、dela Cruz Clarina、Du Mao-Hua、Parker David S.、Zhang Hao、Batista Cristian D.、Yamaura Kazunari、Christianson A. D.
  • 雑誌名: Physical Review Materials 巻: 5 号: 6 ページ: 064418-064418
  • DOI: 10.1103/physrevmaterials.5.064418
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Probing spin fluctuations in NaOsO3 by muon spin rotation and NMR spectroscopy (2021)
  • 著者名/発表者名: Gurung, N.; Wang, C.; Bingham, N. S.; Verezhak, J. A. T.; Yamaura, K.; Allodi, G.; Forino, P. C.; Sanna, S.; Luetkens, H.; Scagnoli, V.
  • 雑誌名: J. Phys.: Condens. Matter. 巻: 33 号: 33 ページ: 335802-335802
  • DOI: 10.1088/1361-648x/ac06eb
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Antiferromagnetic Order Breaks Inversion Symmetry in a Metallic Double Perovskite, Pb2NiOsO6 (2021)
  • 著者名/発表者名: Feng, H. L.; Kang, C.-J.; Manuel, P.; Orlandi, F.; Su, Y.; Chen, J.; Tsujimoto, Y.; Hadermann, J.; Kotliar, G.; Yamaura, K.; McCabe, E. E.; Greenblatt, M.
  • 雑誌名: Chem. Mater. 巻: 33 号: 11 ページ: 4188-4195
  • DOI: 10.1021/acs.chemmater.1c01032
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Temperature evolution of 3d- and 4f-electron magnetic ordering in the ferrimagnetic Mn self-doped perovskite (Yb0.667Mn0.333)MnO3 (2021)
  • 著者名/発表者名: Donni, A.; Pomjakushin, V. Y.; Zhang, L.; Yamaura, K.; Belik, A. A.
  • 雑誌名: J. Phys.: Condens. Matter. 巻: 33 号: 20 ページ: 205804-205804
  • DOI: 10.1088/1361-648x/abe516
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Magnetic properties and ferrimagnetic structures of Mn self-doped perovskite solid solutions (Ho1-xMnx)MnO3 (2021)
  • 著者名/発表者名: Donni Andreas、Pomjakushin Vladimir Y.、Zhang Lei、Yamaura Kazunari、Belik Alexei A.
  • 雑誌名: Journal of Alloys and Compounds 巻: 857 ページ: 158230-158230
  • DOI: 10.1016/j.jallcom.2020.158230
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Ferrimagnetic and relaxor ferroelectric properties of R2MnMn(MnTi3)O12 perovskites with R = Nd, Eu, and Gd (2021)
  • 著者名/発表者名: Liu Ran、Tanaka Masahiko、Mori Hiromu、Inaguma Yoshiyuki、Yamaura Kazunari、Belik Alexei A.
  • 雑誌名: Journal of Materials Chemistry C 巻: 9 号: 3 ページ: 947-956
  • DOI: 10.1039/d0tc04463f
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Flux Crystal Growth, Crystal Structure, and Magnetic Properties of a Ternary Chromium Disulfide Ba9Cr4S19 with Unusual Cr4S15 Tetramer Units (2021)
  • 著者名/発表者名: Yan Hong、Matsushita Yoshitaka、Chikamatsu Akira、Hasegawa Tetsuya、Yamaura Kazunari、Tsujimoto Yoshihiro
  • 雑誌名: ACS Omega 巻: 6 号: 10 ページ: 6842-6847
  • DOI: 10.1021/acsomega.0c06017
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Enhanced magnetization of the highest-TC ferrimagnetic oxide Sr2CrOsO6 (2020)
  • 著者名/発表者名: Chen Jie、Wang Xiao、Hu Zhiwei、Tjeng Liu Hao、Agrestini Stefano、Valvidares Manuel、Chen Kai、Nataf Lucie、Baudelet Francois、Nagao Masahiro、Inaguma Yoshiyuki、Belik Alexei A.、Tsujimoto Yoshihiro、Matsushita Yoshitaka、Kolodiazhnyi Taras、Sereika Raimundas、Tanaka Masahiko、Yamaura Kazunari
  • 雑誌名: Physical Review B 巻: 102 号: 18 ページ: 184418-184418
  • DOI: 10.1103/physrevb.102.184418
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] High-pressure synthesis, crystal structure, and magnetic properties of the Shastry-Sutherland-lattice oxides BaLn2ZnO5 (Ln = Pr, Sm, Eu) (2020)
  • 著者名/発表者名: Ishii Yuto, Chen Jie, Yoshida Hiroyuki K., Oda Migaku, Christianson Andrew D., Yamaura Kazunari
  • 雑誌名: Journal of Solid State Chemistry 巻: 289 ページ: 121489-121489
  • DOI: 10.1016/j.jssc.2020.121489
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Magnetically induced metal-insulator transition in Pb2CaOsO6 (2020)
  • 著者名/発表者名: Jacobsen Henrik、Feng Hai L.、Princep Andrew J.、Rahn Marein C.、Guo Yanfeng、Chen Jie、Matsushita Yoshitaka、Tsujimoto Yoshihiro、Nagao Masahiro、Khalyavin Dmitry、Manuel Pascal、Murray Claire A.、Donnerer Christian、Vale James G.、Sala Marco Moretti、Yamaura Kazunari、Boothroyd Andrew T.
  • 雑誌名: Physical Review B 巻: 102 号: 21 ページ: 214409-214409
  • DOI: 10.1103/physrevb.102.214409
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Coupled magnetic and structural phase transitions in the antiferromagnetic polar metal Pb2CoOsO6 under pressure (2020)
  • 著者名/発表者名: Jiao Yuanyuan、Fang Yue-Wen、Sun Jianping、Shan Pengfei、Yu Zhenhai、Feng Hai L.、Wang Bosen、Ma Hanming、Uwatoko Yoshiya、Yamaura Kazunari、Guo Yanfeng、Chen Hanghui、Cheng Jinguang
  • 雑誌名: Physical Review B 巻: 102 号: 14 ページ: 144418-144418
  • DOI: 10.1103/physrevb.102.144418
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Emergence of a Magnetostructural Dipolar Glass in the Quadruple Perovskite Dy1-δMn7+δO12 (2020)
  • 著者名/発表者名: Johnson R.D.、Khalyavin D.D.、Manuel P.、Zhang L.、Yamaura K.、Belik A.A.
  • 雑誌名: Physical Review Letters 巻: 125 号: 9 ページ: 097601-097601
  • DOI: 10.1103/physrevlett.125.097601
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] High-Pressure Synthesis, Crystal Structures, and Properties of A-Site Columnar-Ordered Quadruple Perovskites NaRMn2Ti4O12 with R = Sm, Eu, Gd, Dy, Ho, Y (2020)
  • 著者名/発表者名: Liu Ran、Scatena Rebecca、Khalyavin Dmitry D.、Johnson Roger D.、Inaguma Yoshiyuki、Tanaka Masahiko、Matsushita Yoshitaka、Yamaura Kazunari、Belik Alexei A.
  • 雑誌名: Inorganic Chemistry 巻: 59 号: 13 ページ: 9065-9076
  • DOI: 10.1021/acs.inorgchem.0c00938
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Magnetically driven loss of centrosymmetry in metallic Pb2CoOsO6 (2020)
  • 著者名/発表者名: Princep A. J.、Feng H. L.、Guo Y. F.、Lang F.、Weng H. M.、Manuel P.、Khalyavin D.、Senyshyn A.、Rahn M. C.、Yuan Y. H.、Matsushita Y.、Blundell S. J.、Yamaura K.、Boothroyd A. T.
  • 雑誌名: Physical Review B 巻: 102 号: 10 ページ: 104410-104410
  • DOI: 10.1103/physrevb.102.104410
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Effects of magnetic dilution in the ferrimagnetic columnar ordered Sm2MnMnMn4-xTixO12 perovskites (2020)
  • 著者名/発表者名: Vibhakar Anuradha M.、Khalyavin Dmitry D.、Manuel Pascal、Liu Ran、Yamaura Kazunari、Belik Alexei A.、Johnson Roger D.
  • 雑誌名: Physical Review B 巻: 102 号: 21 ページ: 214428-214428
  • DOI: 10.1103/physrevb.102.214428
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Static and dynamic spin properties in the quantum triangular lattice antiferromagnet Ag2CoO2 (2020)
  • 著者名/発表者名: Yoshida H. K.、Dissanayake S. E.、Christianson A. D.、dela Cruz C. R.、Cheng Y.-Q.、Okamoto S.、Yamaura K.、Isobe M.、Matsuda M.
  • 雑誌名: Physical Review B 巻: 102 号: 2 ページ: 024445-024445
  • DOI: 10.1103/physrevb.102.024445
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著