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2012 年度 実績報告書

クロム酸化物における強磁性金属-絶縁体転移の機構解明と新奇量子物性の探究

研究課題

研究課題/領域番号 22244041
研究機関東京大学

研究代表者

上田 寛  東京大学, 物性研究所, 教授 (20127054)

研究期間 (年度) 2010-04-01 – 2013-03-31
キーワード強相関電子系 / 物性実験 / クロムホランダイト / 電磁気物性 / 金属絶縁体転移 / 構造相転移 / 層状ペロフスカイト物質
研究概要

クロムホランダイトK2Cr8O16は180 Kで金属強磁性転移を示し、95 Kでさらに強磁性を維持したまま絶縁体に転移する。本研究はこの強磁性金属―絶縁体転移の機構解明を目的としている。単結晶を用いた放射光X線回折測定による高温強磁性金属相および低温強磁性絶縁体相の詳細な構造解析と第一原理計算による電子構造解析の結果を合わせて、CrO6八面体からなる1次元鎖の4本で作られる4本鎖カラムで特徴づけられる擬1次元電子系におけるパイエルス不安定性により、格子の2量体化とCrの4量体化を伴って電荷分離・秩序することなく強磁性のまま絶縁化する機構を解明した。
さらに、圧力により強磁性転移は抑えられるが、金属―絶縁体転移は堅固で、13 GPaまでの範囲では抑えられないことをあきらかにした。強磁性は、強磁性転移温度が金属―絶縁体転移温度と交差するところで消失し、基底状態は反強磁性となることも見出した。
核磁気共鳴測定も行い、低温強磁性絶縁体相ではわずかに電子状態の異なる4つのCrサイトが存在することを見出した。
関連研究として、Mnホランダイトの高圧合成と構造・物性の評価を行い、Mnホランダイトの場合は、K-空格子点の長距離規則配列に伴いK-空格子点近傍のMnにeg-電子がトラップされ、結果、Mn4+とMn3+の電荷分離・電荷秩序が起こることを見出した。
発展的研究として層状ペロフスカイト物質Bi4V2O11-yの酸素不定比性と構造・物性の研究を行い、還元に伴い、V-O層からBi-O層への酸素欠損のスウィッチ、バナジウムからビスマスへの還元スウィッチ、特徴的な酸素秩序配列構造、1次元磁性など、新奇な現象を見出した。

現在までの達成度 (区分)
理由

24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

24年度が最終年度であるため、記入しない。

  • 研究成果

    (14件)

すべて 2013 2012

すべて 雑誌論文 (5件) (うち査読あり 5件) 学会発表 (9件) (うち招待講演 4件)

  • [雑誌論文] Observation of Structural Change in the Novel Ferromagnetic Metal-Insulator Transition of K2Cr8O162012

    • 著者名/発表者名
      A. Nakao
    • 雑誌名

      Journal of Physical Society of Japan

      巻: 81 ページ: 054710/1-6

    • DOI

      10.1143/JPSJ.81.054710

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Ferromagnetic hollandite K2Cr8O162012

    • 著者名/発表者名
      J. Sugiyama
    • 雑誌名

      Physics Procedia

      巻: 30 ページ: 186-189

    • 査読あり
  • [雑誌論文] u+SR study on ferromagnetic hollandites, K2Cr8O16 and Rb2Cr8O162012

    • 著者名/発表者名
      J. Sugiyama
    • 雑誌名

      Physical Review B

      巻: 85 ページ: 214407/1-8

    • DOI

      10.1103/PhysRevB.85.214407

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Infrared phonons and specific heat in the gapped quantum magnet Ba3Cr2O82012

    • 著者名/発表者名
      Z. Wang
    • 雑誌名

      Physical Review B

      巻: 85 ページ: 224304/1-5

    • DOI

      10.1103/PhysRevB.85.224304

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Synthesis, Structure and Electromagnetic Properties of Manganese Hollandite, KxMn8O162012

    • 著者名/発表者名
      T. Kuwabara
    • 雑誌名

      Journal of Physical Society of Japan

      巻: 81 ページ: 104701/1-5

    • DOI

      10.1143/JPSJ.81.104701

    • 査読あり
  • [学会発表] ホランダイト型KxMn8O16のX線光電子分光2013

    • 著者名/発表者名
      福沢 真
    • 学会等名
      日本物理学会第68回年次大会
    • 発表場所
      広島大学東広島キャンパス(広島)
    • 年月日
      20130326-20130329
  • [学会発表] Unusual bismuth and vanadium chemistry in a low dimensional oxide system2013

    • 著者名/発表者名
      Yaoqing Zhang
    • 学会等名
      日本物理学会第68回年次大会
    • 発表場所
      広島大学東広島キャンパス(広島)
    • 年月日
      20130326-20130329
  • [学会発表] 物質設計と物質開発2013

    • 著者名/発表者名
      上田 寛
    • 学会等名
      第1回京都大学理学研究科化学専攻無機化学合同セミナー
    • 発表場所
      京都大学
    • 年月日
      20130304-20130304
    • 招待講演
  • [学会発表] 遷移金属混合原子価酸化物の磁性と伝導性2012

    • 著者名/発表者名
      上田 寛
    • 学会等名
      名古屋大学ベンチャー・ビジネス・ラボラトリー第16回VBLシンポジウム
    • 発表場所
      名古屋大学
    • 年月日
      20121204-20121205
    • 招待講演
  • [学会発表] Hollandite K2Cr8O16: Crystal Growth under High Pressure and Ferromagnetic Metal-Insulator Transition2012

    • 著者名/発表者名
      Yutaka Ueda
    • 学会等名
      Freiberg High Pressure Symposium 2012
    • 発表場所
      Freiberg, Germany
    • 年月日
      20121008-20121010
    • 招待講演
  • [学会発表] Peierls Mechanism of MI Transition in Ferromagnetic K2Cr8O162012

    • 著者名/発表者名
      Yutaka Ueda
    • 学会等名
      IUCr5 Commission on High Pressure 2012 Meeting, IUCrHP2012/QuBS2012
    • 発表場所
      Mito, Japan
    • 年月日
      20120923-20120927
    • 招待講演
  • [学会発表] ホランダイト構造の強磁性体K2Cr8O16のuSR2012

    • 著者名/発表者名
      杉山 純
    • 学会等名
      日本物理学会2012秋季大会
    • 発表場所
      横浜国立大学常盤台キャンパス(横浜)
    • 年月日
      20120918-20120921
  • [学会発表] A new vanadate oxide with quasi-one-dimensionalspin chains2012

    • 著者名/発表者名
      Yaoqing Zhang
    • 学会等名
      日本物理学会2012秋季大会
    • 発表場所
      横浜国立大学常盤台キャンパス(横浜)
    • 年月日
      20120918-20120921
  • [学会発表] Novel Ferromagnetic Metal-Insulator Transition in K2Cr8O16 -Peierls Transition of Spinless Fermion-2012

    • 著者名/発表者名
      Yutaka Ueda
    • 学会等名
      18th International Conference on Solid Compounds of Transition Elements, SCTE2012
    • 発表場所
      Lisbon, Portugal
    • 年月日
      20120401-20120405

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公開日: 2014-07-24  

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