| 研究課題/領域番号 |
17F17039
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| 研究機関 | 京都大学 |
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研究代表者 |
島川 祐一 京都大学, 化学研究所, 教授 (20372550)
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| 研究分担者 |
AMANO PATINO MIDORI 京都大学, 化学研究所, 外国人特別研究員
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| 研究期間 (年度) |
2017-04-26 – 2019-03-31
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| キーワード | 遷移金属酸化物 / 秩序配列 / 構造物性 |
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| 研究実績の概要 |
本研究では、機能性酸化物材料に注目し、新しい機能特性を示す新材料の開発を目指した合成および物性評価実験を展開してきた。特に低温トポタクティックな反応や高圧合成法を駆使することで、カチオン秩序構造を有する遷移金属酸化物に焦点を当て、遷移金属カチオンの価数と配位環境を制御した新物質の合成を中心に研究を進めてきた。1年目の成果としては、Aサイトに磁性Feイオン、Bサイトに非磁性Tiイオンを含んだ新規四重ペロブスカイト構造酸化物CaFe3Ti4O12を合成することに成功し、この物質が磁場下で興味深い磁気転移を示すことを見出した。
The research work has focused on complex transition-metal oxides which exhibit cation-ordered structures. Initially, the research work focused on the topochemical reduction (structure-preserving reduction) of the cation-ordered phases LaCa2Fe3O8, YBaFe2O5 and YBa2Fe3O8, but the compounds do not allow to modify the oxygen rearrangement during topochemical manipulation. The attention was then turned to materials adopting the quadruple perovskite structures with ordered arrangements at the A-site and general composition AA'3B4O12. Using high-pressure techniques we succeeded in synthesizing the CaFe3Ti4O12 phase with magnetic Fe ions at the A' site, of which there aren't many examples in the field.
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| 現在までの達成度 (区分) |
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
高圧法を用いてカチオンが秩序配列したAサイト秩序型四重ペロブスカイト酸化物CaFe3Ti4O12の単相試料の合成に成功した。放射光X線を使った回折データから詳細な結晶構造を解析し、この物質はAサイトに磁性Feイオン、Bサイトに非磁性Tiイオンを含み、珍しいAサイト磁性が現れることを確認した。磁気特性を測定すると、AサイトのFe2+イオンの大きなモーメントにも関わらず、転移温度が非常に低い反強磁性が現れ、さらに、磁場中ではこのAサイトスピンが強磁性的に配列へと変化するという興味深い現象が見出された。
We succeeded in synthesizing the CaFe3Ti4O12 phase by using high-pressure techniques. Crystal structure analysis with synchrotron X-ray data confirms that the compound contains magnetic Fe2+ ions at the A' site and non-magnetic Ti4+ ions at the B-site, showing the unusual A-site magnetism. The magnetic property measurements reveal that the behaviour of the A'-site Fe centres is quite different from that of other reported phases with the same structure. For example, a magnetic transition was observed at ~ 2.8 K, despite the greater magnetic moment from the Fe cations. In addition, the magnetic transition changes with the applied magnetic field, which seems to impose a different magnetic structure. DFT calculations suggest that the ferromagnetic and antiferromagnetic spin states for CaFe3Ti4O12 are very close in energy, suggesting competing interactions in the material. The details of this magnetic behaviour are currently being investigated.
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| 今後の研究の推進方策 |
合成に成功した新規四重ペロブスカイト構造酸化物CaFe3Ti4O12の磁気特性は非常に興味深いものであり、低い転移温度の起源を解明し、磁場中での磁気構造変化を明らかにすることが次の課題となる。そのために、中性子回折による磁気構造解析実験を計画している。現在、英国中性子実験施設ISISに実験プロポーザルを申請しており、採択されれば回折実験を行い、磁気構造解析を明らかにする予定である。これにより、新規四重ペロブスカイト構造酸化物CaFe3Ti4O12の構造-物性相関も明らかになると考えている。
Neutron diffraction experiments for full characterization of the magnetic structure of CaFe3Ti4O12 are planned at ISIS neutron source in the UK in 2018. The experiments involve collecting neutron powder diffraction data while applying different magnetic fields, thus allowing the observation of any changes in the magnetic structure in-situ. At the conclusion of these experiments we will have enough results to publish this research in journals and at international research conferences.
Further work concerns exploring the synthesis and characterization of solid solutions CaFe3(Ti(1-x)Mx)4O12 (M = Sn4+, Ge4+) and Ln3+Fe3Ti4O12, among others, to further understand the A'-site sublattice behaviour in this class of AA'3B4O12 materials.
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