層状パラジウム酸化物の高温強磁性の理解と制御

2022 年度 研究成果報告書

• 研究課題/領域番号: 20K20898
• 研究種目: 挑戦的研究(萌芽)
• 配分区分: 基金
• 審査区分: 中区分13:物性物理学およびその関連分野
• 研究機関: 名古屋大学
• 研究代表者: 寺崎 一郎 名古屋大学, 理学研究科, 教授 (30227508)
• 研究期間 (年度): 2020-07-30 – 2023-03-31
• キーワード: 強磁性半導体 / スピントロニクス / 共置換 / パラジウム化合物

研究成果の概要

本研究代表者が発見した新しい層状強磁性半導体PbPdO2はあらゆる意味で従来の強磁性半導体と異なる特徴を持つ。この強磁性発現機構を明らかにするため、この系の磁気相図の確立と、単結晶を用いた精密測定を行った。磁気相図は複雑でFeとLiを同時に置換することで強磁性が発現するがFeとLiに最適値が存在することがわかった。単結晶の成長に成功し、層方向の輸送測定に成功しその結果、置換されたFeイオンはアクセプタとして振る舞い、系にホールを供給していることがわかった。また研究の途上で、同じPd系半金属Ta2PdSe6が巨大なペルチェ伝導度を示すことを発見した。

自由記述の分野

物性物理学(実験)

研究成果の学術的意義や社会的意義

本研究で見出された強磁性半導体PbPdO2は、磁性イオンのFe置換では強磁性を示さず、非磁性イオンであるLiを同時に置換して始めて高温強磁性を示す。これは従来の強磁性半導体と全く異なる特徴であり、強磁性半導体設計の未知の指針があることを示唆している。単結晶の成長と精密測定の結果も、我々の直感に反する異常なものであり、置換されたFeがドーパントとして働くことはこれまでの遷移金属酸化物の化学から、極めて特異である。周辺物質として見出したTa2PsSe6は10 Kで巨大なペルチェ伝導度を示し、Pd系半金属の豊かな物性を示すとともに、低温における新しい熱電変換の可能性を提示している。