配位の特異性を活用した機能性酸化物の創製

• 研究領域: ナノ構造情報のフロンティア開拓－材料科学の新展開
• 研究課題/領域番号: 26106514
• 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: 京都大学
• 研究代表者: 藤田 晃司 京都大学, 工学(系)研究科(研究院), 准教授 (50314240)
• 研究期間 (年度): 2014-04-01 – 2016-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2015年度)
• 配分額: 5,720千円 (直接経費: 4,400千円、間接経費: 1,320千円); 2015年度: 2,860千円 (直接経費: 2,200千円、間接経費: 660千円); 2014年度: 2,860千円 (直接経費: 2,200千円、間接経費: 660千円)
• キーワード: 遷移金属酸化物 / 高圧合成

研究実績の概要

ぺロブスカイト酸化物ABO3では，Aサイトカチオンのイオン半径が小さくなると，BO6八面体回転に基づく構造不安定性が生じるが，代表者はこれを高圧合成により安定化させて特異配位環境を実現し，新物性・機能の創出を目指している．これまでの研究から，(1) ScFeO3のように，希土類イオンの中で最もイオン半径の小さなSc3+がAサイトを占有するとき，Scの配位数は6となり，ScO6八面体がFeO6八面体と面共有する結果，ぺロブスカイト派生のA3+B3+O3極性酸化物（LiNbO3型構造）が安定化されること，(2) MnCu3V4O12のように，イオン半径の小さい2種類の3d遷移金属（MnとCu）がAサイトで秩序化するとき，CuO4の平面四配位とMnO12の正20面体十二配位を有するぺロブスカイトが得られること，を見出している．
前年度は10GPa以上の超高圧条件を用いて物質探索し，LiNbO3型酸化物InFeO3とAサイト秩序型ペロブスカイト酸化物CuCu3V4O12等の新物質を合成した．本年度はこれを拡張して物質探索し，ペロブスカイト型ACoO3 (A = Sc, In)を合成することに成功した．放射光X線回折ならびに中性子回折測定を用いた構造解析から，これらの化合物は直方晶（空間群Pnma）ペロブスカイト型構造であることがわかった．加えて，磁化測定から室温以下においてCoは低スピン状態であることが明らかになった．ペロブスカイト型コバルト酸化物RCoO3 (Rは希土類)は温度上昇によりスピンクロスオーバー，あるいはスピン転移を示す物質群として知られている．スピン転移温度はAサイトカチオンのイオン半径に依存して変化するため，新物質ACoO3 (A = Sc, In)のスピン転移を調べることは興味深い．

現在までの達成度 (段落)

27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

27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] The Pennsylvania State University/Oak Ridge National Laboratory(米国)
• [雑誌論文] Improper Inversion Symmetry Breaking and Piezoelectricity through Oxygen Octahedral Rotations in Layered Perovskite Family, LiRTiO4 (R = Rare Earths) (2016)
  • 著者名/発表者名: A. Gupta, H. Akamatsu, M. E. Strayer, S. Lei, T. Kuge, K. Fujita, C. Cruz, A. Togo, I. Tanaka, K. Tanaka, T. E. Mallouk, and V. Gopalan
  • 雑誌名: Adv. Electron. Mater. 巻: 2 号: 1
  • DOI: 10.1002/aelm.201500196
  • 査読あり / 国際共著 / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Topochemical Nitridation with Anion Vacancy-Assisted N3-/O2- Exchange (2016)
  • 著者名/発表者名: R. Mikita, T. Aharen, T. Yamamoto, F. Takeiri, T. Ya, W. Yoshimune, K. Fujita, S. Yoshida, K. Tanaka, D. Batuk, A. M. Abakumov, C. M. Brown, Y. Kobayashi, and H. Kageyama
  • 雑誌名: J. Am. Chem. Soc. 巻: 138 号: 9 ページ: 3211-3217
  • DOI: 10.1021/jacs.6b00088
  • 査読あり / 国際共著 / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Rattling in the Quadruple Perovskite CuCu3V4O12 (2015)
  • 著者名/発表者名: Y. Akizuki, I. Yamada, K. Fujita, K. Taga, T. Kawakami, M. Mizumaki, and K. Tanaka
  • 雑誌名: Angew. Chem. Int. Ed. 巻: 54 号: 37 ページ: 10870-10874
  • DOI: 10.1002/anie.201504784
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] An Antiferro-to-Ferromagnetic Transition in EuTiO3–xHx Induced by Hydride Substitution (2015)
  • 著者名/発表者名: Yamamoto, T.; Yoshi, R.; Bouilly, G.; Kobayashi, Y.; Fujita, K.; Kususe, Y.; Matsushita, Y.; Tanaka, K.; Kageyama, H.
  • 雑誌名: Inorganic Chemistry 巻: 54 号: 4 ページ: 1501-1507
  • DOI: 10.1021/ic502486e
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Electrical Properties of Epitaxial Thin Films of Oxyhydrides ATiO3－xHx(A = Ba and Sr) (2015)
  • 著者名/発表者名: G. Bouilly, T. Yajima, T. Terashima, W. Yoshimune, K. Nakano, C. Tassel, Y. Kususe, K. Fujita, K. Tanaka, T. Yamamoto, Y. Kobayashi, and H. Kageyama
  • 雑誌名: Chem. Mater. 巻: 27 号: 18 ページ: 6354-6359
  • DOI: 10.1021/acs.chemmater.5b02374
  • 査読あり
• [雑誌論文] A Labile Hydride Strategy for the Synthesis of Heavily Nitridized BaTiO3 (2015)
  • 著者名/発表者名: T. Yajima, F. Takeiri, K. Aidzu, H. Akamatsu, K. Fujita, W. Yoshimune, M. Ohkura, S. Lei, V. Gopalan, K. Tanaka, C. M. Brown, M. A. Green, T. Yamamoto, Y. Kobayashi, and H. Kageyama
  • 雑誌名: Nature Chem. 巻: 7 号: 12 ページ: 1017-1023
  • DOI: 10.1038/nchem.2370
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] 新規圧電体NaRTiO4 (Rは希土類) －非鉛圧電材料開発への新しいアプローチ－ (2015)
  • 著者名/発表者名: 田中勝久，藤田晃司，赤松寛文
  • 雑誌名: 超音波TECHNO 巻: 27 ページ: 5-9
  • 謝辞記載あり
• [雑誌論文] MnTaO2N: Polar LiNbO3-type Oxynitride with a Helical Spin Order (2014)
  • 著者名/発表者名: Tassel, C.; Kuno, Y.; Goto, Y.; Yamamoto, T.; Brown, C.M.; Hester, J.; Fujita, K.; Higashi, M.; Abe, R.; Tanaka, K.; Kobayashi, Y.; Kageyama, H
  • 雑誌名: Angew. Chem. Int. Ed. 巻: 54 号: 2 ページ: 516-521
  • DOI: 10.1002/anie.201408483
  • 査読あり
• [雑誌論文] Room-temperature polar ferromagnet ScFeO3 transformed from a high-pressure orthorhombic perovskite phase (2014)
  • 著者名/発表者名: Takahiro Kawamoto, Koji Fujita, Ikuya Yamada, Tomohiko Matoba, Sung Joo Kim, Peng Gao, Xiaoqing Pan, Scott D. Findlay, Cédric Tassel, Hiroshi Kageyama, Andrew J. Studer, James Hester, Tetsuo Irifune, Hirofumi Akamatsu, and Katsuhisa Tanaka
  • 雑誌名: Journal of the American Chemical Society 巻: 136 号: 43 ページ: 15291-15299
  • DOI: 10.1021/ja507958z
  • 査読あり
• [雑誌論文] Inversion symmetry breaking by oxygen octahedral rotations in Ruddlesden-Popper NaRTiO4 family (2014)
  • 著者名/発表者名: Hirofumi Akamatsu, Koji Fujita, Toshihiro Kuge, Arnab Sen Gupta, Atsushi Togo, Shiming Lei, Fei Xue, Greg Stone, James M Rondinelli, Long-Qing Chen, Isao Tanaka, Venkatraman Gopalan, and Katsuhisa Tanaka
  • 雑誌名: Physical Review Letters 巻: 112 号: 18
  • DOI: 10.1103/physrevlett.112.187602
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Magnetic structures of FeTiO_3-Fe_2O_3 solid solution thin films studied by soft X-ray magnetic circular dichroism and ab initio multiplet calculations (2014)
  • 著者名/発表者名: H. Hojo, K. Fujita, H. Ikeno, T. Matoba, T. Mizoguchi, I. Tanaka, T. Nakamura, Y. Taketda, T. Okane and K. Tanaka
  • 雑誌名: Appl. Phys. Lett. 巻: 104 号: 11 ページ: 112408-112408
  • DOI: 10.1063/1.4868638
  • NAID: 120006683954
  • 査読あり
• [雑誌論文] Magnetic and transport properties of EuTiO3 thin films doped with Nb (2014)
  • 著者名/発表者名: Yoshiro Kususe, Hideo Murakami, Koji Fujita, Itsuhiro Kakeya, Minoru Suzuki, Shunsuke Murai, and Katsuhisa Tanaka
  • 雑誌名: Japanese Journal of Applied Physics 巻: 53 号: 5S1 ページ: 05FJ07-05FJ07
  • DOI: 10.7567/jjap.53.05fj07
  • NAID: 210000143854
  • 査読あり
• [雑誌論文] Accelerated Discovery of Cathode Materials with Prolonged Cycle Life for Lithium-ion Battery (2014)
  • 著者名/発表者名: M. Nishijima, T. Ootani, Y. Kamimura, T. Sueki, S. Esaki, S. Murai, K. Fujita, K. Tanaka, K. Ohira, Y. Koyama, and I. Tanaka
  • 雑誌名: Nat. Commun. 巻: 5 号: 1
  • DOI: 10.1038/ncomms5553
  • NAID: 120005462600
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Substrate Induced Anion Rearrangement in Epitaxial Thin Film of LaSrCoO4-xHx (2014)
  • 著者名/発表者名: Bouilly, G.; yajima, T.; Terashima, T.; Kususe, Y.; Fujita, K.; Tassel, C.; Yamamoto, T.; Kobayashi,Y.; Kageyama, H.
  • 雑誌名: CrystEngComm 巻: 16 号: 41 ページ: 9669-9674
  • DOI: 10.1039/c4ce01268b
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [学会発表] A labile Hydride Strategy for the Synthesis of Novel Oxynitrides (2016)
  • 著者名/発表者名: Fumitaka Takeiri, Takeshi Yajima, Kohei Aidzu, Hirofumi Akamatsu, Koji Fujita, Wataru Yoshimune, Venkatraman Gopalan, Katsuhisa Tanaka, Takafumi Yamamoto, Yoji Kobayashi, Hiroshi Kageyama
  • 学会等名: 日本化学会 第96春季年会
  • 発表場所: 同志社大学 京田辺キャンパス（京都）
  • 年月日: 2016-03-24
• [学会発表] 新規ペロブスカイト型コバルト酸化物の高圧合成と結晶構造 (2016)
  • 著者名/発表者名: 河本 崇博，藤田 晃司，藤川 僚，山田 幾也，田中 勝久
  • 学会等名: 日本セラミックス協会 2016年年会
  • 発表場所: 早稲田大学 西早稲田キャンパス（東京）
  • 年月日: 2016-03-14
• [学会発表] Noncentrosymmetry Induced by Oxygen Octahedral Rotation in Layered Perovskites AA’TiO4 (A=alkaline, A’=rare earth) and Unexpected Alkaline Size Effects (2015)
  • 著者名/発表者名: Hirofumi Akamatsu, Koji Fujita, Toshihiro Kuge, Arnab Sen Gupta, Atsushi Togo, James Rondinelli, Isao Tanaka, Katsuhisa Tanaka, Venkatraman Gopalan
  • 学会等名: 2015 MRS Fall Meeting
  • 発表場所: Boston, Massachusetts (USA)
  • 年月日: 2015-11-29
  • 国際学会
• [学会発表] 新規ペロブスカイト型コバルト酸化物の高圧合成 (2015)
  • 著者名/発表者名: 藤川 僚，藤田 晃司，河本 崇博，山田 幾也，田中 勝久
  • 学会等名: 第56回高圧討論会
  • 発表場所: JMSアステールプラザ（広島）
  • 年月日: 2015-11-10
• [学会発表] 層状ペロブスカイト酸化物NaYTiO4 エピタキシャル薄膜の合成 (2015)
  • 著者名/発表者名: 松原司，藤田晃司，村井俊介，田中勝久，赤松寛文，Venkatraman Gopalan
  • 学会等名: 日本セラミックス協会 第28回秋季シンポジウム
  • 発表場所: 富山大学 五福キャンパス（富山）
  • 年月日: 2015-09-16
• [学会発表] 高温トポケミカル反応による新規酸窒化物の合成 (2015)
  • 著者名/発表者名: 三木田梨歩，阿波連知子，山本隆文，竹入史隆，吉宗航，藤田晃司，田中勝久，陰山洋
  • 学会等名: 日本セラミックス協会 第28回秋季シンポジウム
  • 発表場所: 富山大学 五福キャンパス（富山）
  • 年月日: 2015-09-16
• [学会発表] Design of Room-Temperature Polar Magnet in LiNbO3-Type Oxides (2015)
  • 著者名/発表者名: Takahiro Kawamoto, Koji Fujita, Ikuya Yamada, Katsuhisa Tanaka
  • 学会等名: Joint AIRAPT-25th & EHPRG-53rd International Conference on High Pressure Science and Technology
  • 発表場所: Madrid (Spain)
  • 年月日: 2015-08-30
  • 国際学会
• [学会発表] 反転対称性をもたないペロブスカイト関連化合物の設計と合成－新規強誘電体・圧電体の開発－ (2015)
  • 著者名/発表者名: 藤田晃司
  • 学会等名: 九州大学先導物質化学研究所セミナー
  • 発表場所: 九州大学 伊都キャンパス（福岡）
  • 年月日: 2015-07-27
  • 招待講演
• [学会発表] 新規圧電体ARTiO4 (A = Na, K; R = 希土類) における 酸素八面体回転に及ぼすAサイトカチオンの影響 (2015)
  • 著者名/発表者名: 久家俊洋，藤田晃司，松原司，田中功，田中勝久，東後篤史，赤松寛文，Arnab S. Gupta，Venkatraman Gopalan
  • 学会等名: 日本セラミックス協会 2015年年会
  • 発表場所: 岡山大学 津島キャンパス
  • 年月日: 2015-03-18 – 2015-03-20
• [学会発表] 層状ぺロブスカイト酸化物における酸素八面体回転による反転対称性の破れ (2015)
  • 著者名/発表者名: 藤田晃司
  • 学会等名: 第53回セラミックス基礎科学討論会
  • 発表場所: 京都テルサ
  • 年月日: 2015-01-08 – 2015-01-09
  • 招待講演
• [学会発表] 反転対称性をもたないペロブスカイト関連化合物の設計と合成 －新規強誘電体・圧電体の開発－ (2014)
  • 著者名/発表者名: 藤田晃司
  • 学会等名: IGERセミナー「無機材料の最先端科学」
  • 発表場所: 名古屋大学 東山キャンパス
  • 年月日: 2014-11-22
  • 招待講演
• [学会発表] 酸化物固体における元素ブロック－酸素配位多面体の構造と配列から酸化物の物性を考える－ (2014)
  • 著者名/発表者名: 田中勝久，藤田晃司
  • 学会等名: 日本セラミックス協会 第27回秋季シンポジウム
  • 発表場所: 鹿児島大学 郡元キャンパス
  • 年月日: 2014-09-09 – 2014-09-11
  • 招待講演
• [学会発表] Fe3+含有新規ニオブ酸リチウム型磁性酸化物の高圧合成と物性評価 (2014)
  • 著者名/発表者名: 河本 崇博，藤田 晃司，山田 幾也，田中 勝久
  • 学会等名: 日本セラミックス協会 第27回秋季シンポジウム
  • 発表場所: 鹿児島大学 郡元キャンパス
  • 年月日: 2014-09-09 – 2014-09-11
• [学会発表] 新奇ペロブスカイト型FeCu3V4O12の高圧合成と物性評価 (2014)
  • 著者名/発表者名: 多賀和哉，山田幾也，藤田晃司，林直顕，田中勝久
  • 学会等名: 日本セラミックス協会 第27回秋季シンポジウム
  • 発表場所: 鹿児島大学 郡元キャンパス
  • 年月日: 2014-09-09 – 2014-09-11
• [備考] 京都大学 大学院工学研究科 材料化学専攻 無機材料化学講座 応用固体化学分野 田中研究室
  • URL: http://dipole7.kuic.kyoto-u.ac.jp/
• [備考] 京都大学 大学院工学研究科 材料化学専攻 無機材料化学講座 応用固体化学分野 田中研究室
  • URL: http://dipole7.kuic.kyoto-u.ac.jp/