超高圧下における新充填スクッテルダイト化合物の物質開発

2003 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 15072201
• 研究機関: 室蘭工業大学
• 研究代表者: 城谷 一民 室蘭工業大学, 工学部, 教授 (90110692)
• 研究分担者: 松平 和之 九州工業大学, 工学部, 助手 (40312342) ; 李 哲虎 独立行政法人産業技術総合研究所, 電力エネルギー研究部門, 研究員 (80358358) ; 関根 ちひろ 室蘭工業大学, 工学部, 助教授 (60261385)
• キーワード: スクッテルダイト化合物 / 高圧合成 / 新物質開発 / 電気的性質 / 磁気的性質 / 超伝導

研究概要

充填スクッテルダイト化合物は一般式LnT_4X_<12>(Ln=lantanide,T=transition metal,X=pnicogen)であらわされ、異方的超伝導、四極子転移など強相関電子系特有の興味深い物性を示す。我々はすでに高圧合成法を用いて充填スクッテルダイト化合物の系統的な合成に成功している。特にRuをベースにした化合物を合成してこれらの物性を研究した。LaRu_4P_<12>は約7Kで超伝導、CeRu_4P_<12>は半導体、PrRu_4P_<12>は金属-絶縁体転移、NdRu_4P_<12>は強磁性、SmRu_4P_<12>は反強磁性で金属-絶縁体転移,EuRu_4P_<12>は強磁性を示す。重希土類元素が入るGdRu_4P_<12>とTbRu_4P_<12>は反強磁性的振る舞いを見せる。しかしこれ以上の重希土類化合物の合成はできていない。我々は新たにFeをベースにしたLnFe_4P_<12>(Ln=heavy lanthanide)の系統的高圧合成を試み,YFe_4P_<12>,GdFe_4P_<12>,TbFe_4P_<12>,DyFe_4P_<12>,HoFe_4P_<12>,ErFe_4P_<12>,TmFe_4P_<12>,YbFe_4P_<12>,LuFe_4P_<12>の合成に世界で初めて成功した。これらはすべて新物質であるので化合物の電気的、磁気的性質を調べ、YFe_4P_<12>は7Kで超伝導、DyFe_4P_<12>やHoFe_4P_<12>は低温下で強磁性になることを発見した。またOsをベースにしたLnOs_4P_<12>(Ln=La,Ce,Pr,Nd,Sm,Eu,Gd,Tb,Dy,Ho)の高圧合成にも成功した。このなかで、SmOs_4P_<12>,EuOs_4P_<12>,YOs_4P_<12>,GdOs_4P_<12>,TbOs_4P_<12>,DyOs_4P_<12>,HoOs_4P_<12>は新物質であるYOs_4P_<12>は3Kで超伝導になり、EuOs_4P_<12>やGdOs_4P_<12>は強磁性を示す。通常の高圧合成は4GPa下でおこなっているが、重希土類を含む充填スクッテルダイト化合物はランタニド収縮のためより高い圧力が必要になる。我々は10GPaが発生できる新超高圧合成装置を現在開発している。

研究成果

• [文献書誌] I.Shirotani et al.: "Superconductivity of new filled skutterudite YFe_4P_<12> prepared at high pressure"J.Phys.Condens.Matter. 15. S2201-S2205 (2003)
• [文献書誌] I.Shirotani et al.: "Systematic high-pressure synthesis of new filled skutterudites with heavy lanthanide, LnFe_4P_<12>(Ln=heavy lanthanide, including Y)"J.Solid State Chem.. 174. 32-34 (2003)
• [文献書誌] 関根ちひろ, 城谷一民: "スクッテルダイト化合物の高圧合成と物性"高圧力の科学と技術. 13. 176-182 (2003)
• [文献書誌] R.Giri et al.: "Magnetic properties of Sm-based filled skutteudite phosphides"Physica B Condensed Matter. 329-333. 458-459 (2003)
• [文献書誌] C.H.Lee et al.: "Single Crystal growth of skutterudite CoP_3 under high pressure"J.Crystal Growth. 263. 353-362 (2004)
• [文献書誌] K.Kihou et al.: "High-pressure synthesis, electrical and magnetic properties of new filled skutteudites LnOs_4P_<12> (Ln=Eu,Gd,Tb,Dy,Ho,Y)"Materials Research Bulletin. 39. 317-325 (2004)