常温でハーフメタル状態を発現する層状酸化物の創製

2005 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 15206002
• 研究機関: 東京工業大学
• 研究代表者: 山内 尚雄 東京工業大学, 応用セラミックス研究所, 教授 (50271581)
• 研究分担者: 浜田 典昭 東京理科大学, 理工学部, 教授 (00126145) ; KARPPINEN Maarit 東京工業大学, 応用セラミックス研究所, 助教授 (50334529) ; 本橋 輝樹 東京工業大学, 応用セラミックス研究所, 助手 (00323840)
• キーワード: ハーフメタル / スピントロニクス / 層状遷移金属酸化物 / ダブルペロブスカイト / 混合原子価状態 / メスバウアー分光 / FLAPW法バンド計算

研究概要

本研究では、層状ダブルペロブスカイト酸化物A(RE)B_2O_<5+δ>(A,RE,Bはそれぞれアルカリ土類金属、希土類、遷移金属元素)を中心とした物質群において、(1)組成と原子配列、(2)電子状態、(3)電気/スピン伝導物性を総合的に研究し、100%スピン偏極度を持ちスピンエレクトロニクス応用が期待されているハーフメタル材料を創製することを目的とする。本年度の主な研究成果を以下に列挙する。
●酸素欠損型ダブルペロブスカイトと類似な構造を持つカチオン欠損型ペロブスカイトMn酸化物(LaMn)_<1-x>O_3のハーフメタル化を目指し、カチオン欠損量と物性との相関を探究した。超高圧下酸素添加反応を用いることにより、過去に報告例のない大きなカチオン欠損量(x_<max>~0.12)を持つ試料を得ることに成功した。試料の物性とカチオン欠損量の相関を系統的に調べた結果、(LaMn)_<0.901>O_3試料においてハーフメタル物質に特有である低磁場で鋭い磁気抵抗ピークを観測した。本物質のバンド構造をLDA+U法により計算した結果、(LaMn)_<0.901>O_3がハーフメタル状態であることが示唆された。
●酸素欠損型層状ダブルペロブスカイトCo酸化物:BaNdCo_2O_<5+δ>の酸素不定比性とそれに伴う磁気特性、及び磁気輸送特性との相関について、酸素量を精密に制御した試料を用いて研究を行った。その結果、本物質の物性が酸素量に強く依存しており、Coの原子価状態及びスピン状態が重要な役割を果たしていると考えられる。特に、δ=0.5より僅かに酸素量を減らした試料においてハーフメタル物質に類似の物性が観測され、高いスピン偏極度を持つ"half-semiconductor"である可能性が示唆された。

研究成果

• [雑誌論文] Hole-doping into Co-12s2 copper oxides with s fluorite-structured layers between CuO_2 planes (2006)
  • 著者名/発表者名: H.Fjellvag, Y.Morita, T.Nagai, J.M.Lee, J.M.Chen, R.S.Liu, B.C.Hauback, V.P.S.Awana, Y.Matsui, H.Yamauchi, M.Karppinen
  • 雑誌名: Journal of Solid State Chemistry 179 ページ: 632-645
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] Electron-doping through La^<III> for-Sr^<II> substitution in (Sr_<1-x>La_x)_2FeTaO_6 : effects on the valences and ordering of the B-site cations, Fe and Ta (2006)
  • 著者名/発表者名: E.-L.Rautama, T.S.Chan, R.S.Liu, J.M.Chen, H.Yamauchi, M.Karppinen
  • 雑誌名: Journal of Solid State Chemistry 179 ページ: 111-116
• [雑誌論文] The parent of misfit-layered cobalt oxides : [Sr_2O_2]_qCoO_2 (2006)
  • 著者名/発表者名: H.Yamauchi, K.Sakai, T.Nagai, Y.Matsui, M.Karppinen
  • 雑誌名: Chemistry of Materials 18 ページ: 155-158
• [雑誌論文] New water-containing phase derived from the Sr_3Fe_2O_<7-δ> phase of Ruddlesden-Popper structure (2005)
  • 著者名/発表者名: M.Matvejeff, M.Lehtimaki, A.Hirasa, Y.-H.Huang, H.Yamauchi, M.Karppinen
  • 雑誌名: Chemistry of Materials 17 ページ: 2775-2779
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] Oxygen nonstoichiometry and valence of copper in the Cu-1222 superconductor (2005)
  • 著者名/発表者名: M.Karppinen, M.Arai, J.M.Lee, T.S.Chan, Y.Morita, J.M.Chen, R.S.Liu, H.Yamauchi
  • 雑誌名: Journal of Solid State Chemistry 178 ページ: 1705-1711
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] Chemical control of high-T_c superconductivity of the triple-fluorite-layer copper oxide (Cu,Mo)Sr_2(Ce,R)_3Cu_2O_<11+δ>(R=Y,La-Yb) (2005)
  • 著者名/発表者名: M.Karppinen, Y.Morita, J.M.Chen, R.S.Liu, H.Yamauchi
  • 雑誌名: Physical Review B 72 ページ: 12501/1-12501/4
• [雑誌論文] Systematic induction of superconductivity in the Cu(Y_<1-x>Ca_x)Ba_2Cu_2O_<6+δ>(δ【approximately equal】0.3) system by Ca substitution (2005)
  • 著者名/発表者名: V.P.S.Awana, M.A.Ansari, R.Nigam, A.Gupta, S.B.Samanta, R.B.Saxena, H.Kishan, V.Ganesan, A.V.Narlikar, M.Arai, M.Karppinen, H.Yamauchi, D.Buddhikot, S.K.Malik
  • 雑誌名: Superconductor Science and Technology 18 ページ: 716-720
• [雑誌論文] Hole doping and superconductivity characteristics of the s=1,2 and 3 members of the (Cu,Mo)-12s2 homologous series of layered copper oxides (2005)
  • 著者名/発表者名: M.Karppinen, Y.Morita, T.Kobayashi, I.Grigoraviciute, J.M.Chen, R.S.Liu, H.Yamauchi
  • 雑誌名: Journal of Solid State Chemistry 178 ページ: 3464-3470
• [雑誌論文] Condensation energy density of superconducting Bi-2223 single crystal (2005)
  • 著者名/発表者名: I.Kohno, M.Kiuchi, E.S.Otabe, T.Matsushita, T.Nomura, M.Karppinen, H.Yamauchi, S.Okayasu
  • 雑誌名: Report of Center for Superconductor System Science Research (Chodendo Shisutemu Kagaku Kenkyu Senta Hokoku) 2 ページ: 48-53
• [図書] Frontiers in Superconducting Materials (A.V.Narlikar (Ed)) (2005)
  • 著者名/発表者名: M.Karppinen, H.Yamauchi
  • 総ページ数: 40
  • 出版者: Springer Verlag, Berlin
• [図書] Frontiers in Magnetic Materials (A.V.Narlikar (Ed)) (2005)
  • 著者名/発表者名: M.Karppinen, H.Yamauchi
  • 総ページ数: 32
  • 出版者: Springer Verlag, Berlin
• [産業財産権] 酸素過剰型金属酸化物及び酸素貯蔵又は酸素選択膜用セラミックス (2005)
  • 発明者名: カルピネン, マーリット, 山内 尚雄, フィエルヴォーグ, ヘルメル, 本橋 輝樹
  • 権利者名: (財)理工学振興会
  • 産業財産権番号: 特願2005-192187
  • 出願年月日: 2005-06-30