カチオン配列制御・酸素配位構造制御による新規機能性遷移金属酸化物の創製

2019 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 16H02266
• 研究機関: 京都大学
• 研究代表者: 島川 祐一 京都大学, 化学研究所, 教授 (20372550)
• 研究分担者: 菅 大介 京都大学, 化学研究所, 准教授 (40378881)
• 研究期間 (年度): 2016-04-01 – 2020-03-31
• キーワード: 固体化学 / 遷移金属酸化物 / カチオン配列

研究実績の概要

本研究では、遷移金属酸化物に焦点をあて、通常では得ることのできない非平衡準安定な物質相までを含めて、カチオン配列制御と酸素配位構造制御という2つの観点からの新物質の創製を試みてきた。特に、高圧合成、原子層薄膜作製、さらには低温トポタクティック物質変換を加えたユニークな固体化学的合成手法を駆使した新物質合成とそこで現れる特性に関して、構造変化との相関を検討した。
オゾンによる強い酸化雰囲気下でトポタクティックに合成して得られたBサイトのカチオンが秩序配列したCa2FeMnO6を用いて、異常高原子価状態の還元による解消に伴う酸素の脱離過程を明らかにすることに成功した。Bサイトのカチオンの高原子価状態はFe4+の還元が優先的に起こり、その結果、層状秩序配列に応じた層選択的な酸素の脱離過程とそれに伴う結晶構造の変化が明らかになった。
原子層単位で成長を制御したエピタキシャル薄膜では、遍歴強磁性を示すペロブスカイト構造SrRuO3に注目し、磁気輸送特性に加え熱電特性の評価を行った。この薄膜では構造ミスマッチが界面での酸素配位構造変化で緩和され、これに起因する物性変化が現れる。特に、今期はこの薄膜試料の熱電特性を測定し、これまでの電気的・磁気的特性に加えて、電子物性と相関した熱的な特性にも特徴的な振る舞いが現れることを初めて明らかにした。
本研究課題は最終年度であったが、多角的な合成手法と評価手法を揃えた固体化学研究が遂行できる環境を整えることができた。これにより、幾つかの新物質の合成の成功と興味深い物性を明らかにすることができたとともに、本研究課題での中心的なテーマであった構造と物性の相関についても今後の物質開発に繋がる成果を得ることができた。

現在までの達成度 (段落)

令和元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

令和元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] Universidad Complutense/CEU Universities(スペイン)
  • 国名: スペイン
  • 外国機関名: Universidad Complutense/CEU Universities
• [国際共同研究] University of Montpellier/Institut Laue-Langevin(フランス)
  • 国名: フランス
  • 外国機関名: University of Montpellier/Institut Laue-Langevin
• [国際共同研究] The University of Edinburgh,(英国)
  • 国名: 英国
  • 外国機関名: The University of Edinburgh,
• [国際共同研究] National Taiwan University/NSRRC(その他の国・地域)
  • 国名: その他の国・地域
  • 外国機関名: National Taiwan University/NSRRC
• [雑誌論文] Field-sweep-rate and time dependence of transverse resistivity anomalies in ultrathin SrRuO3 films (2020)
  • 著者名/発表者名: Kan Daisuke、Moriyama Takahiro、Shimakawa Yuichi
  • 雑誌名: Physical Review B 巻: 101 ページ: 014448/1～5
  • DOI: 10.1103/PhysRevB.101.014448
  • 査読あり
• [雑誌論文] Crystal structures and ionic conductivity in Li2OHX (X = Cl, Br) antiperovskites (2020)
  • 著者名/発表者名: Koedtruad Anucha、Patino Midori Amano、Ichikawa Noriya、Kan Daisuke、Shimakawa Yuichi
  • 雑誌名: Journal of Solid State Chemistry 巻: 286 ページ: 121263～121263
  • DOI: 10.1016/j.jssc.2020.121263
  • 査読あり
• [雑誌論文] Successive and Site-Selective Oxygen Release from B-Site-Layer-Ordered Double Perovskite Ca2FeMnO6 with Unusually High Valence Fe4+ (2020)
  • 著者名/発表者名: Goto Masato、Martinez de Irujo-Labalde Xabier、Saito Takashi、Garcia-Martin Susana、Shimakawa Yuichi
  • 雑誌名: Inorganic Chemistry 巻: 59 ページ: 2024～2029
  • DOI: 10.1021/acs.inorgchem.9b03374
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Tuning of ferrimagnetism and perpendicular magnetic anisotropy in NiCo2O4 epitaxial films by the cation distribution (2020)
  • 著者名/発表者名: Shen Yufan、Kan Daisuke、Tan Zhenhong、Wakabayashi Yusuke、Shimakawa Yuichi
  • 雑誌名: Physical Review B 巻: 101 ページ: 094412/1～6
  • DOI: 10.1103/PhysRevB.101.094412
  • 査読あり
• [雑誌論文] Correlations between oxygen octahedral distortions and magnetic and transport properties in strained La0.5Sr0.5CoO3 thin films (2019)
  • 著者名/発表者名: Heo Yooun、Kan Daisuke、Anada Masato、Wakabayashi Yusuke、Tajiri Hiroo、Shimakawa Yuichi
  • 雑誌名: Physical Review B 巻: 99 ページ: 174420/1～7
  • DOI: 10.1103/PhysRevB.99.174420
  • 査読あり
• [雑誌論文] Orbital Magnetic Moments in Strained SrRuO3 Thin Films (2019)
  • 著者名/発表者名: Kobayashi Kento、Kan Daisuke、Matsumoto Sho、Mizumaki Masaichiro、Shimakawa Yuichi
  • 雑誌名: Journal of the Physical Society of Japan 巻: 88 ページ: 084708～084708
  • DOI: 10.7566/JPSJ.88.084708
  • 査読あり
• [雑誌論文] Strain effect on thermoelectric properties of SrRuO3 epitaxial thin films (2019)
  • 著者名/発表者名: Kan Daisuke、Shimakawa Yuichi
  • 雑誌名: Applied Physics Letters 巻: 115 ページ: 022403～022403
  • DOI: 10.1063/1.5097927
  • 査読あり
• [雑誌論文] Multiferroism Induced by Spontaneous Structural Ordering in Antiferromagnetic Iron Perovskites (2019)
  • 著者名/発表者名: Martinez de Irujo-Labalde Xabier、Goto Masato、Urones-Garrote Esteban、Amador Ulises、Ritter Clemens、Amano Patino Midori E.、Koedtruad Anucha、Tan Zhenhong、Shimakawa Yuichi、Garcia-Martin Susana
  • 雑誌名: Chemistry of Materials 巻: 31 ページ: 5993～6000
  • DOI: 10.1021/acs.chemmater.9b02716
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Selective growth of α-Fe2O3, γ-Fe2O3 and Fe3O4 at low temperatures and under ambient pressure (2019)
  • 著者名/発表者名: Kan Daisuke、Sugano Satoshi、Kosugi Yoshihisa、Kobayashi Kento、Uebayashi Nao、Koganezawa Tomoyuki、Shimakawa Yuichi
  • 雑誌名: Japanese Journal of Applied Physics 巻: 58 ページ: 095504～095504
  • DOI: 10.7567/1347-4065/ab39d1
  • 査読あり
• [雑誌論文] Conversion of a Defect Pyrochlore into a Double Perovskite via High-Pressure, High-Temperature Reduction of Te6+ (2019)
  • 著者名/発表者名: Denis Romero Fabio、Amano Patino Midori、Haruta Mitsutaka、Kurata Hiroki、Attfield J. Paul、Shimakawa Yuichi
  • 雑誌名: Inorganic Chemistry 巻: 59 ページ: 343～349
  • DOI: 10.1021/acs.inorgchem.9b02472
  • 査読あり / 国際共著
• [学会発表] Oxygen-release behaviors in B-site-layer-ordered/disordered perovskites Ca2FeMnO6 with unusually high valence Fe4+ (2019)
  • 著者名/発表者名: M. Goto, T. Saito, and Y. Shimakawa
  • 学会等名: ACS National Meeting & Expo
  • 国際学会
• [学会発表] Oxygen incorporation and release behaviors in topotactic changes of cation-ordered perovskite-structure oxides (2019)
  • 著者名/発表者名: Y. Shimakawa
  • 学会等名: 10th International Conference on Materials for Advanced Technologies (ICMAT)
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Control of Magnetic Structures in Cation-Ordered Transition-Metal Oxides (2019)
  • 著者名/発表者名: Y. Shimakawa
  • 学会等名: NU-UoE JD and JSPS Core-to-Core Joint-Workshop "New Horizons in Chemistry and Materials Science"
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Strain effect on thermoelectric properties of SrRuO3 epitaxial thin films (2019)
  • 著者名/発表者名: D. Kan
  • 学会等名: 26th International Workshop on Oxide Electronics
  • 国際学会
• [学会発表] Oxygen incorporation and release behaviors in perovskite-structure oxides (2019)
  • 著者名/発表者名: Y. Shimakawa
  • 学会等名: Sustainable Industrial Processing Summit & Exhibition (SIPS2019)
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Control of magnetism in ordered Perovskite-structure oxides (2019)
  • 著者名/発表者名: Y. Shimakawa
  • 学会等名: Joint KU - VUW Workshop 2019 -Science, Engineering and Applications of Electric and Electronic Materials-
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Transverse resistivity anomalies in the ferromagnetic oxide SrRuO3 and their interpretation: Topological or Traditional? (2019)
  • 著者名/発表者名: D. Kan
  • 学会等名: 64th Annual Conference on Magnetism and Magnetic Materials (MMM)
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Crystal and magnetic structures of perovskite-structure oxides containing unusual high valence Fe (2019)
  • 著者名/発表者名: Y. Shimakawa
  • 学会等名: 3rd Asia-Oceania Conference on Neutron Scattering (AOCNS 2019)
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Negative and positive thermal expansion-like volume changes in intermetallic charge transfer oxides (2019)
  • 著者名/発表者名: Y. Shimakawa
  • 学会等名: 3rd International Symposium on Negative Thermal Expansion and Related Materials (ISNTE-3)
  • 国際学会 / 招待講演
• [備考] 京都大学化学研究所、先端無機個体化学（島川）研究室
  • URL: http://www.scl.kyoto-u.ac.jp/~shimakgr/index.html
• [備考] Shimakawa group, ICR, Kyoto University
  • URL: http://www.scl.kyoto-u.ac.jp/~shimakgr/indexE.html
• [備考] JSPS C2C program
  • URL: http://www.scl.kyoto-u.ac.jp/~shimakgr/C2C/indexC2C.html
• [産業財産権] 熱量効果材料及びそれを用いた冷却装置 (2019)
  • 発明者名: 島川 祐一、小杉 佳久、後藤 真人
  • 権利者名: 島川 祐一、小杉 佳久、後藤 真人
  • 産業財産権種類: 特許
  • 産業財産権番号: 06132019JP