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2022 年度 実施状況報告書

高スピン熱伝導材料の創製とその機構解明

研究課題

研究課題/領域番号 21K03458
研究機関東京電機大学

研究代表者

川股 隆行  東京電機大学, システム デザイン 工学部, 准教授 (00431601)

研究分担者 加藤 雅恒  東北大学, 工学研究科, 准教授 (50211850)
研究期間 (年度) 2021-04-01 – 2024-03-31
キーワードスピンによる熱伝導 / 熱伝導 / 2次元スピン系
研究実績の概要

長年の低次元量子スピン系物質における熱伝導の研究によって、局在電子スピンが大きな熱を運ぶことがわかってきた。その“スピンが熱を運ぶ現象”を利用した新しい絶縁性高熱伝導材料の開発が期待されている。そのため、(目的Ⅰ)高スピン熱伝導を有する物質を創製すること、そして、(目的Ⅱ)高スピン熱伝導の機構「JSとスピン熱伝導の大きさの関係」を解明することを本研究の目的とした。
(目的Ⅰ)La2CuO4を高品質化することによって、過去に報告されているスピン熱伝導を向上させることを目的とした。高純度原料を用いることにより、高品質なLa2CuO4単結晶を育成することに成功した。得られた単結晶試料に対して、様々な条件で還元アニールを施したが、スピン熱伝導の大きさは過去の報告と同程度であった。このことから、La2CuO4における室温付近のスピン熱伝導の値は、不純物散乱ではなく、マグノン-フォノン散乱が支配的である可能性が高いことがわかった。また、室温よりも低温領域においては、スピン熱伝導の値が増加する可能性があることもわかった。
(目的Ⅱ)「JSとスピン熱伝導の大きさの関係」の解明のため、同じ結晶構造を持つLaSrMnO4、La2CoO4に注目し、単結晶の育成を行い熱伝導を測定した。今までの実験結果より、LaSrMnO4とLa2CoO4において、スピン熱伝導の寄与が低温で存在する可能性があることがわかっていた。それを確かめるため、大型の単結晶を育成して、熱伝導率の異方性を調べた。その結果、LaSrMnO4とLa2CoO4ともに、低温で熱伝導に大きな異方性があることがわかった。この異方性の原因は、LaSrMnO4とLa2CoO4が低温でスピン熱伝導の寄与を持つためだと結論することができた。

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

(目的Ⅰ)La2CuO4を高品質化することによって、過去に報告されているスピン熱伝導を向上させることを目的とした。順調に、高品質な単結晶に対して、様々な条件で還元アニールを施した実験を行うことができた。その結果、La2CuO4におけるスピン熱伝導は、室温付近のスピン熱伝導の値の向上の可能性が低いことがわかったが、それより低温ならば、スピン熱伝導の値の向上の可能性があることがわかった。
(目的Ⅱ)「JSとスピン熱伝導の大きさの関係」の解明のため、同じ結晶構造を持つLaSrMnO4、La2CoO4に注目し、単結晶の育成を行い熱伝導を測定した。順調に、LaSrMnO4とLa2CoO4において、大型の単結晶育成に成功し、異方性の測定を行うことができた。その結果、低温でスピン熱伝導の寄与を持つことを明らかにすることができた。
以上により、おおむね順調に進展をしていると言える。

今後の研究の推進方策

(目的Ⅰ)La2CuO4におけるスピン熱伝導は、室温付近のスピン熱伝導の値の向上の可能性が低いことがわかったが、それより低温ならば、スピン熱伝導の値の向上の可能性があることがわかった。低温でのスピン熱伝導の向上のため、より最適な還元アニール条件を探索する計画である。Ar、H2、真空、ガスブレンダーを用いた混合ガス中など、様々な雰囲気下でのアニールを行う予定である。
(目的Ⅱ)LaSrMnO4、LaSrFeO4、La2CoO4、La2NiO4において、スピン熱伝導の観測に成功した。このスピン熱伝導の値が最適であるかどうかを、試料に対して様々なアニールを施すことで確かめる予定である。そして、その実験で得られた結果から「JSとスピン熱伝導の大きさの関係」を明らかにする予定である。

次年度使用額が生じた理由

(理由)次年度使用額が生じた理由は、今年度の研究を効率的に実行したこと、コロナ禍により学会がオンライン開催になったことによって生じた未使用額である。
(使用計画)次年度の請求額と合わせて、物品費として使用する予定である。

  • 研究成果

    (14件)

すべて 2023 2022

すべて 雑誌論文 (5件) (うち査読あり 5件、 オープンアクセス 2件) 学会発表 (9件) (うち国際学会 4件)

  • [雑誌論文] Estimation of the on-site Coulomb potential and covalent state in La2CuO4 by muon spin rotation and density functional theory calculations2022

    • 著者名/発表者名
      Ramadhan Muhammad Redo、Adiperdana Budi、Ramli Irwan、Sari Dita Puspita、Putri Anita Eka、Widyaiswari Utami、Rozak Harison binti、Zaharim Wan Nurfadhilah、Manaf Azwar、Kurniawan Budhy、Mohamed-Ibrahim Mohamed Ismail、Sulaiman Shukri、Kawamata Takayuki、Adachi Tadashi、Koike Yoji、Watanabe Isao
    • 雑誌名

      Physical Review Research

      巻: 4 ページ: 033044 (1-10)

    • DOI

      10.1103/PhysRevResearch.4.033044

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Face-on orientation of spin ladders in La5Ca9Cu24O41 films deposited by radio-frequency magnetron sputtering on heated SiO2 and Si substrates2022

    • 著者名/発表者名
      Watanabe Shota、Terakado Nobuaki、Takahashi Yoshihiro、Miyazaki Takamichi、Naruse Koki、Kawamata Takayuki、Fujiwara Takumi
    • 雑誌名

      Applied Surface Science

      巻: 604 ページ: 154444 (1-6)

    • DOI

      10.1016/j.apsusc.2022.154444

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Synthesis of lithium- and pyridine-intercalated superconductors Lix(C5H5N)ySnSe2Synthesis of lithium- and pyridine-intercalated superconductors Lix(C5H5N)ySnSe22022

    • 著者名/発表者名
      Sakamoto Chika、Noji Takashi、Kawamata Takayuki、Kato Masatsune
    • 雑誌名

      Japanese Journal of Applied Physics

      巻: 61 ページ: 108002 (1-3)

    • DOI

      10.35848/1347-4065/ac93d6

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Nanosheet fabrication from magnon thermal conductivity cuprates for the advanced thermal management2022

    • 著者名/発表者名
      Kinoshita Hiroya、Terakado Nobuaki、Takahashi Yoshihiro、Miyazaki Takamichi、Ishikawa Chitose、Naruse Koki、Kawamata Takayuki、Fujiwara Takumi
    • 雑誌名

      npj 2D Materials and Applications

      巻: 6 ページ: 70 (1-7)

    • DOI

      10.1038/s41699-022-00344-2

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Electronic State in T'-Pr1.3-xLa0.7CexCuO4 (x = 0.10) Studied by Compton Scattering2022

    • 著者名/発表者名
      Kawamata Takayuki、Saito Shin、Tsuji Naruki、Sumura Takuya、Adachi Tadashi、Kato Masatsune、Sakurai Yoshiharu、Koike Yoji
    • 雑誌名

      Journal of the Physical Society of Japan

      巻: 91 ページ: 114707 (1-4)

    • DOI

      10.7566/JPSJ.91.114707

    • 査読あり
  • [学会発表] μSRから見たBi-2201系銅酸化物の強磁性ゆらぎに対するFe置換効果2023

    • 著者名/発表者名
      小宮山陽太、大西柊成、桑原英樹、黒江晴彦、倉嶋晃士、川股隆行、小池洋二、Sari Dita、渡邊功雄、足立匡
    • 学会等名
      2022年度量子ビームサイエンスフェスタ
  • [学会発表] Carrier-Doping Effect on the Antiferromagnetic Correlation in the Undoped (Ce-Free) Superconductor T'-La1.8Eu0.2CuO4 Studied by mSR2022

    • 著者名/発表者名
      T. Kawamata, T. Sunohara, K. Shiosaka, R. Nagaoka, T. Adachi, M. Kato, I. Watanabe, A. Koda, J. Nakamura, S. Nishimura, Y. Koike
    • 学会等名
      29th International Conference on Low temperature Physics (LT29)
    • 国際学会
  • [学会発表] Cu-Spin Correlation and Multiple Carriers in Electron-Doped High-Tc Superconductor Pr2-x-yLayCexCuO42022

    • 著者名/発表者名
      T. Adachi, Y. Nagakubo, Y. Komiyama, M. A. Baqiya, T. Ohgi, K. Tajima, T. Ishimoto, A. Takahashi, T. Konno, H. Kuwahara, T. Kawamata, Y. Koike, I. Watanabe, A. Koda, R. Kadono, T. Okada, S. Awaji
    • 学会等名
      29th International Conference on Low temperature Physics (LT29)
    • 国際学会
  • [学会発表] Muon Position and Electronic State in La2CuO4 Investigated by Muon Spin Relaxation Measurements and Density Functional Theory Calculations2022

    • 著者名/発表者名
      I. Watanabe, R. Ramadhan, S. Charoenphon, I. Ramli, D. P. Sari, A. E. Putri, U. Wydiaiswari, B. Kurniawan, T. Kawamata, T. Adachi, Y. Koike, H. Rozak, W. N. Zaharim, S. Sulaiman
    • 学会等名
      29th International Conference on Low temperature Physics (LT29)
    • 国際学会
  • [学会発表] Thermal Conductivity due to Spins in the Two-Dimensional Antiferromagnetic Spin System La2NiO4+δ2022

    • 著者名/発表者名
      Y. Igarashi, T. Kawamata, R. Nagaoka, M. Kato
    • 学会等名
      29th International Conference on Low temperature Physics (LT29)
    • 国際学会
  • [学会発表] ホールドープ型銅酸化物高温超伝導体T' - La1.8-xEu0.2SrxCuO4 (x = 0.025, 0.050, 0.100)の 63Cu,139La - NMR2022

    • 著者名/発表者名
      田村昂磨,Lee Yongsun,長谷川佳紀,深澤英人,大濱哲夫,小堀洋,足立匡,川股隆行,春原稔樹,塩坂浩太,長岡凌生,小池洋二
    • 学会等名
      日本物理学会2022年秋季大会
  • [学会発表] 水と電圧印加を用いたマグノン熱伝導物質La5Ca9Cu24O41の可逆的構造制御2022

    • 著者名/発表者名
      石川千歳,寺門信明,川股隆行,成瀬晃樹,高橋儀宏,藤原巧
    • 学会等名
      2022年応用物理学会東北支部 第77回学術講演会
  • [学会発表] 二次元反強磁性スピン正方格子系(La,Sr)2MO4 (M = Mn,Fe)におけるスピン熱伝導2022

    • 著者名/発表者名
      五十嵐勇樹,川股隆行,塩坂浩太,長岡凌生,加藤雅恒,山下太郎
    • 学会等名
      2022年応用物理学会東北支部 第77回学術講演会
  • [学会発表] 二次元反強磁性スピン正方格子系La2CuO4 におけるスピン熱伝導率の向上2022

    • 著者名/発表者名
      伊藤史弥,川股隆行,加藤雅恒,山下太郎
    • 学会等名
      2022年応用物理学会東北支部 第77回学術講演会

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公開日: 2023-12-25  

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