クラスレート系構造化合物の合成・構造・物性

2000 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 11165237
• 研究機関: 大阪市立大学
• 研究代表者: 谷垣 勝己 大阪市立大学, 理学部, 教授 (60305612)
• キーワード: クラスタ / d- / f-ブロック元素 / 伝導電子 / 磁性電子 / 強磁性

研究概要

フラーレン系のネットワーク物質において、IV族元素であるSi,Geから構成されるネットワーク物質は、炭素系フラーレン物質とは異なる新しい物質群として注目される物質である。本研究課題では、20面体と24面体Si系ネットワクーク系物質において、初めて磁性元素であるd-およびf-ブロック元素を導入した、クラスタネットワークを基本とする新しい磁性物質を設計して、その合成に世界ではじめて成功した。これらの物質は、組成比を正確に制御して混合した原料を、高周波加熱ならびにアーク溶解を繰り返す事により、極めて高精度に制御して合成する事ができる。放射光施設を用いて行った構造解析によると、d-ブロック元素の一つであるMnは、20面体クラスタを結合する結晶サイト(6c)に導入され、f-ブロック元素の一つであるCeは、24面体クラスタの内部に内包フラーレンクラスタの形で包含される。内包現象により外界から保護されて、これらの新しいクラスタ系物質は、3次元インターカレーションとして合成される炭素系フラーレン固体と比較すると極めて安定である。
合成された物質の中で、Ce_2Ba_6Au_4Si_<42>およびBa_8Mn_2Ge_<44>の物質は、それぞれ6Kおよび10Kで自発磁化を伴う強磁性相転移を生じる。この機構は現段階では明白ではないが、Baから導入されたクラスタネットワーク全体に広がる伝導電子と新たに導入されたd-およびf-ブロック元素に由来する磁性電子の相互作用を媒介して、電子スピン配列が生じているものと考えられる。これらの新しい磁性クラスタネットワーク物質は、ナノ領域のサイズから種々の物性パラメターを変化する事ができるナノ材料であり、将来の展望が大いに期待される。

研究成果

• [文献書誌] R.F.W.Herrmann: "Silicon and Germanium Clathrates-Gold Inclusion Compounds"Phys.Rev.B. 60. 13245 (1999)
• [文献書誌] Mayumi Kosaka: "Electronic Properties of Carbon Nanotubes Probed by Magnetic Measurements"Science and Technology of Carbon Materials, Edited by K.Tanaka, Elsevier Science. Chaper8. pp.76-8 (1999)
• [文献書誌] C.M.Brown: "Structural and Electronic Properties of the Non-Cubic Superconducting Fullerdies A4C60 (A=Ba and Sr)"Phys.Review Lett.. 83. 2258 (1999)
• [文献書誌] Tetsuji Kawaguchi: "Silicon Clathrate with f-Electron System"Phys.Rev.Lett.. 85. 3189 (2000)
• [文献書誌] Katsumi Tanigaki: "Doped Si and Ge Clathrates"Proceed.in Electrochemical Society Meeting, Toronto, Canada. 10. 184 (2000)
• [文献書誌] Tetsuji Kawaguchi: "Magnetism in Ge-Clathrates with Mn"Appl.Phys.Lett.. 77. 34-38 (2000)
• [文献書誌] 谷垣勝己: "カーボンナノチューブ、化学同人"ナノチューブの量子細線への応用. 14 (2000)
• [文献書誌] 谷垣勝己: "日本物理学会誌"電界効果素子(FET)構造を用いたC60の超伝導. 2 (2000)