強弾性ー強磁性交差相関解明

2015 年度 実施状況報告書

• 研究課題/領域番号: 15K13674
• 研究機関: 広島大学
• 研究代表者: 井上 克也 広島大学, 理学(系)研究科(研究院), 教授 (40265731)
• 研究期間 (年度): 2015-04-01 – 2017-03-31
• キーワード: マルチフェロイクス / 弾性ー磁性相互作用 / 磁気ヒステリシス / 強弾性転移 / 弱強磁性

研究実績の概要

２７年度は以下の項目を[RNH3][MeX4](R=Et, Me=Fe, Cd, X=Cl)について詳細に調べることにしていた。（EtNH3）[FeCl4]では、傾角反強磁性相で、単結晶状態では非常に大きなヒステリシスが見られるが、強弾性ドメインより小さな粉末にすることにより、磁気相転移温度は、変わらないもののヒステリシスが劇的に小さくなることを見出していた。（光学測定により観察された強弾性ドメインが数百ミクロン程度であることは確認している）このことは傾角反強磁性と強弾性に交差相関によるものと考えられる。本年度は同じ空間群で非磁性の（EtNH3）[CdCl4]と比べることにより、交差相関に磁性が関与していることを証明することにしていた。Cd塩の合成の前に、強弾性状態で応力を与えることで、強弾性ドメインが結晶全体に拡がり、シングルドメインになることが判明したため、Cd塩による間接的証明の前に、各結晶軸に応力をかけて磁気ヒステリシスの変化を観測することによる直接証明を進めることにした。ところが、（EtNH3）[FeCl4]は非常に潮解性が強く、応力をスピリング等でかけて詳細な実験を行う際、非常に困難であることが判明した。そのため、潮解性を持たない新規化合物の作成を進めた。潮解性は、化合物の水に対する溶解度の問題であるため、化合物中に非親水性の部位を導入することで容易に作成できると考えられ、[C6H5C2H5NH3][FeCl4]および[C6H11C2H5NH3][FeCl4]の単結晶を作成した。ともに潮解性がなく、測定に適していることが分かった。磁気測定を行ったところ、（EtNH3）[FeCl4]と同様に、約１００Kで弱強磁性転移があり、ごく低温下で非常に大きなヒステリシスを示した。また粉末試料ではヒステリシスが消失することが確認できた。今後この塩を用いて研究を進める。

現在までの達成度 (区分)

2: おおむね順調に進展している

理由

本研究は磁化と強弾性の複合効果解明のための研究である。（EtNH3）[FeCl4]の単結晶において、傾角磁性と強弾性相において、磁気相転移点以下ごく低温下で単結晶の場合大きなヒステリシスが、強弾性ドメインを無くした単一強弾性ドメインで構成された粉末試料ではヒステリシスが消失することが分かっていた。そこで、強弾性複数ドメインの単結晶に応力を加え、単一強弾性ドメインにしたのち、磁気測定を行うことにより、強弾性ドメインウォールの磁性に対するピニング効果について、研究を行うことにしていた。磁気測定を行う際に、スプリング等で応力を加えつつ、ごく低温に冷却し、磁気測定を行う必要があるが、（EtNH3）[FeCl4]の単結晶は潮解性が高く、治具に固定する際に、困難が予想された。そこで潮解性がなく同様の物性を示す、新しいマルチフェロイックスの合成を行った。その結果、潮解性を示さず同様な物性を示す有機無機ハイブリッドマルチフェロイクスの合成に成功した。当初の目的の弾性ー磁化相互作用についての測定はこれから行うことになるが、今回、エチル基をフェニルエチル基、シクロヘキシルエチル基に置換しても、全く同様のマルチフェロイックスが得られたことは、大きな進展であると考えられる。このことは、この系のマルチフェロイックスの誘導体が比較的簡単に創製できることを意味し、今後光学物性の異なるマルチフェロイックス等が数多く作成できる可能性を示すものである。

今後の研究の推進方策

前述のように、潮解性のない新しいマルチフェロイック結晶が得られたので、今後、単結晶に各方位から応力を加え、強弾性ドメインを単一にしたのち、磁気測定を行う。その際、角度依存性を測定することにより、強弾性と磁化の相互作用の詳細について調べ、弾性ー磁化効果を明らかにする。また２００K付近に存在する誘電異常の詳細について検討し、強誘電転移なのか反強誘電転移なのか、また（反）強誘電ドメインと強弾性ドメインの関係についても明らかにする。可能であれば、電気分極ー強弾性効果にも踏み込み、明らかにしたい。

研究成果

• [雑誌論文] "High Magnetic Hardness for the Canted Antiferromagnetic, Ferroelectric and Ferroelastic Layered Perovskite-like (C2H5NH3)2[FeIICl4]" (2015)
  • 著者名/発表者名: Jing Han, Sadafumi Nishihara, Katsuya Inoue, and Mohamedally Kurmoo,
  • 雑誌名: Inorg. Chem., 巻: 54 ページ: 2866-2874
  • DOI: DOI: 10.1021/ic5030229
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] "Investigation of structural changes in chiral magnet Cr1/3NbS2 under application of pressure" (2015)
  • 著者名/発表者名: M. Mito, T. Tajiri, K. Tsuruta, H. Deguchi, J. Kishine, K. Inoue, Y. Kousaka, Y. Nakao and J. Akimitsu,
  • 雑誌名: J. Appl. Phys., 巻: 117 ページ: 183904
  • DOI: http://dx.doi.org/10.1063/1.4919833
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] "A Heterospin Pressure Sensor" (2015)
  • 著者名/発表者名: K. Y. Maryunina,a X. Zhang, S. Nishihara, K. Inoue, V. A. Morozov, G. V. Romanenko, V. I. Ovcharenko,
  • 雑誌名: J. Mat. Chem. C, 巻: 3 ページ: 7788-7791
  • DOI: DOI: 10.1039/c5tc01005e
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] "Multiple structural transformations coupled with switchable magnetic and dielectric responses in an amphidynamic crystal of 4'-tert-butylbenzylpyridinium bis(maleonitrile- dithiolate)nickelate" (2015)
  • 著者名/発表者名: W. -H. Ning, L. Zhai, J. -L. Liu, X. -M. Ren, K. Ichihashi, S. Nishihara, K. Inoue,
  • 雑誌名: J. Mat. Chem. C, 巻: 3 ページ: 7906-7915
  • DOI: DOI: 10.1039/c5tc00676g
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] "Study of magnetic domain dynamics using nonlinear magnetic responses: Magnetic diagnostics of the itinerant magnet MnP" (2015)
  • 著者名/発表者名: Masaki Mito, Hideaki Matsui, Kazuki Tsuruta, Hiroyuki Deguchi, Jun-ichiro Kishine, Katsuya Inoue, Yusuke Kousaka, Shin-ichiro Yano, Yuya Nakao, Jun Akimitsu,
  • 雑誌名: Journal of the Physical Society of Japan, 巻: 84 ページ: 104707
  • DOI: DOI:10.7566/JPSJ.84.104707
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] "Characteristic responses of a phospholipid molecular layer to polyols" (2015)
  • 著者名/発表者名: Nakata S, Deguchi A, Seki Y, Furuta M, Fukuhara K, Nishihara S, Inoue K, Kumazawa N, Mashiko S, Fujihira S, Goto M, Denda M,
  • 雑誌名: Colloids Surf B Biointerfaces, 巻: 136 ページ: 594-599
  • DOI: DOI:10.1016/j.colsurfb.2015.09.035
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [学会発表] "有機-無機ペロブスカイト型化合物(C6H5C2H4NH3)2FeCl4の構造相転移と磁気物性" (2015)
  • 著者名/発表者名: 中山祐輝, 韓晶, Kseniya Maryunina, 西原禎文, 井上克也
  • 学会等名: 第 9 回分子科学討論会
  • 発表場所: 東京工業大学 大岡山キャンパス
  • 年月日: 2015-09-16 – 2015-09-19
• [学会発表] "Structure and Physical Properities of Octacyano-Bridged Compounds Containing W and Cu" (2015)
  • 著者名/発表者名: Ayaka Sera, Kseniya Maryunina, Sadafumi Nishihara and Katsuya Inoue
  • 学会等名: The 5th EUROPEAN CONFERENCE ON MOLECULAR MAGNETISM
  • 発表場所: Zaragoza, Spain
  • 年月日: 2015-09-06 – 2015-09-10
  • 国際学会
• [学会発表] "Synthesis, Structure and Magnetic Properties of Chiral Magnetic Materials using Achiral Ligands and Transition Metals" (2015)
  • 著者名/発表者名: Natsuki Morita, Hiroki Kitao, Syoya Sato, Kseniya Maryunina, Sadafumi Nishihara and Katsuya Inoue
  • 学会等名: The 5th EUROPEAN CONFERENCE ON MOLECULAR MAGNETISM
  • 発表場所: Zaragoza, Spain
  • 年月日: 2015-09-06 – 2015-09-10
  • 国際学会
• [学会発表] "State-of-the-Arts and Future of Chiral Magnets" (2015)
  • 著者名/発表者名: Katsuya Inoue
  • 学会等名: The 5th EUROPEAN CONFERENCE ON MOLECULAR MAGNETISM
  • 発表場所: Zaragoza, Spain
  • 年月日: 2015-09-06 – 2015-09-10
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] "Magnetic diagnostics using nonlinear magnetic responses" (2015)
  • 著者名/発表者名: Masaki Mito, Kazuki Tsuruta, Jun-ichiro Kishine , Yusuke Kousaka, Jun Akimitsu, Katsuya Inoue
  • 学会等名: The 5th EUROPEAN CONFERENCE ON MOLECULAR MAGNETISM
  • 発表場所: Zaragoza, Spain
  • 年月日: 2015-09-06 – 2015-09-10
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] "Chiral Helimagnetism and Chiral Magnetic Soliton Lattice in Inorganic Chiral Magnetic Materials" (2015)
  • 著者名/発表者名: Yusuke Kousaka,Tamami Koyama, Kazuki Ohishi, Jun-ichi Suzuki, Yukino Miyamoto, Ayaka Sera, Haruhiko Hiraka, Katsuya Inoue, Jun Akimitsu
  • 学会等名: 第６回欧州中性子線回折国際会議 (VI European Conference on Neutron Scattering(ECNS2015))
  • 発表場所: Zaragoza, Spain
  • 年月日: 2015-08-30 – 2015-09-04
  • 国際学会
• [学会発表] "芳香環を有する有機-無機ペロブスカイト型化合物 (C6H5CnH2nNH3) 2FeCl4(n=1,2)の合成と物性評価 (2015)
  • 著者名/発表者名: 中山祐輝，韓晶，Maryunina, Kseniya，西原禎文，鈴木孝至，井上克也
  • 学会等名: 錯体化学若手の会
  • 発表場所: 山口県 セントコア山口
  • 年月日: 2015-08-06 – 2015-08-08
• [学会発表] "Evaluation of Electronic State for Carrier-doped [Ni(dmit)2]- Spin Ladder Compound" (2015)
  • 著者名/発表者名: Katsuya Ichihashi, Sadafumi Nishihara, Daisuke Konno, Kseniya Maryunina, Akiko Sasaki, Stephen Wimperis, Shogo Kawaguchi, Yoshiki Kubota, Katsuya Inoue, Tomoyuki Akutagawa, and Takayoshi Nakamura
  • 学会等名: The 22nd International Conference on the Chemistry of the Organic Solid State 12-17 July, 2015
  • 発表場所: Toki Messe, Niigata, Japan
  • 年月日: 2015-07-12 – 2015-07-17
  • 国際学会
• [学会発表] "Magnetically Isolated Cuprate Spin Ladders" (2015)
  • 著者名/発表者名: Sadafumi Nishihara, Xiao Zhang, Yuki Nakano, Kseniya Maryunina and Katsuya Inoue
  • 学会等名: 5th Asian Conference on Coordination Chemistry
  • 発表場所: Hong Kong University, Hong Kong, China
  • 年月日: 2015-07-12 – 2015-07-16
  • 国際学会
• [学会発表] "Dielectric Properties of Polyoxometalate with Ion Fluctuation" (2015)
  • 著者名/発表者名: Chisato Kato, Sadafumi Nishihara, Kseniya Maryunina, Ryo Tsunashima, Yoko Tatewaki, Katsuya Inoue
  • 学会等名: 5th Asian Conference on Coordination Chemistry
  • 発表場所: Hong Kong University, Hong Kong, China
  • 年月日: 2015-07-12 – 2015-07-16
  • 国際学会
• [学会発表] "Synthesis and Magnetic Properites of Chiral Maganese Complex with m-Methoxyphenyl Nitronyl nitroxide radical" (2015)
  • 著者名/発表者名: Natsuki Morita, Hiroki Kitao, Sadafumi Nishihara, Katsuya Inoue
  • 学会等名: Symposium on Molecular Chirality
  • 発表場所: Shinjuku, Japan
  • 年月日: 2015-06-12 – 2015-06-13
• [学会発表] "NaBaCr2(PO4)3 : A High-Symmetry Chiral Weak Ferromagnet" (2015)
  • 著者名/発表者名: Yukino Miyamoto, Yusuke Kosaka, Kseniya Maryunina, Sadafumi Nishihara, Katsuya Inoue
  • 学会等名: Symposium on Molecular Chirality
  • 発表場所: Shinjuku, Japan
  • 年月日: 2015-06-12 – 2015-06-13
• [学会発表] "Tc = 5.8 K を持つ Wv と CuⅡ を含むキラル磁性体の構造と物性評価 (2015)
  • 著者名/発表者名: 世良文香, 西原禎文, 井上克也
  • 学会等名: Symposium on Molecular Chirality
  • 発表場所: Shinjuku, Japan
  • 年月日: 2015-06-12 – 2015-06-13
• [学会発表] "分子内空間におけるイオン揺らぎの発現" (2015)
  • 著者名/発表者名: 加藤智佐都，西原禎文，Maryunina Kseniya，綱島亮，帯刀陽子，井上克也
  • 学会等名: キラル物性研究拠点および日本学術振興会先端拠点形成事業 「スピンキラリティを軸にした先端材料コンソーシアム」共同研究会
  • 発表場所: 広島大学 イノベーションプラザ
  • 年月日: 2015-04-17 – 2015-04-18
• [備考] 化学制御Chiralityが拓く新しい磁性
  • URL: http://home.hiroshima-u.ac.jp/kotai/KibanS/t005/t005/index.html