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本研究課題は、異常原子価元素をもつ化合物の特異な電子状態および物性の起源を、放射光X線を用いた構造物性研究により、明らかにすることを目的としている。最終年度は、異常高価数のCr4+をもつ層状化合物CrSe2やそのアニオン置換試料の放射光X線回折測定、EXAFS測定およびその解析を推進し、本系の特異な多段階構造相転移の機構を解明した。CrSe2の放射光粉末X線構造解析から、本系の逐次構造相転移が、CrSe2層内のCrの直線型の三量体の逐次的な形成と、CrSe2層間のSe間の結合形成により特徴づけられ、さらに本系の逐次相転移がこれらの競合・協力現象により引き起こされることが明らかとなった。さらに層間のSe間の結合の強さを変化させるアニオン置換を行うことで、構造・磁性・伝導性を制御できることを見出した。
本研究成果は、異常高価数のCrをもつ化合物においては、近接するCr間に加えてアニオン間にも強い相互作用が生じ、新奇な構造変化や磁気・伝導現象や新機能が誘起される可能性を示唆している。本プロジェクトの成果の一部は、米国物理学会誌、化学会誌に掲載され、さらに研究成果に関連した講演に招待されるなど評価されている。また、本研究で開拓した物質の試料提供も進めており、本研究で見出された異方原子価をもつ化合物の物理が、より発展していくことが今後期待される。このように、本研究では、物質合成と放射光X線を組み合わせた多角的な研究を推進することにより、異常高価数化合物の新しい側面を明らかにすることができた。
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