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2012 年度 実績報告書

ナノ空間におけるアルカリ金属s電子系の絶縁体金属転移と強磁性

研究課題

研究課題/領域番号 24244059
研究種目

基盤研究(A)

研究機関大阪大学

研究代表者

野末 泰夫  大阪大学, 理学(系)研究科(研究院), 教授 (60125630)

研究分担者 萩原 政幸  大阪大学, 極限量子科学研究センター, 教授 (10221491)
中野 岳仁  大阪大学, 理学(系)研究科(研究院), 助教 (50362611)
五十嵐 睦夫  群馬工業高等専門学校, 電子メディア工学科, 教授 (60259819)
研究期間 (年度) 2012-04-01 – 2017-03-31
キーワード絶縁体金属転移 / 磁性 / アルカリ金属クラスター / ゼオライト / 電子相関 / 電子格子相互作用 / ポーラロン / NMR
研究概要

多孔質結晶のゼオライトでは,丈夫なアルミノ珪酸塩骨格の間に3次元的に規則正しく配列したナノ空間が形成される。この空間にアルカリ金属を吸蔵させると,s電子は局在性の高い量子状態を形成するとともに,電子相関が効いた新奇な多体電子系を形成する。その結果,非磁性元素で構成されているにもかかわらず強磁性やフェリ磁性や反強磁性などが観測される。
細孔がダイヤモンド構造で配列したカリウムタイプのゼオライトLSXに吸蔵させるカリウム金属の吸蔵量を増加させるとフェリ磁性が観測されるが,磁性が発現する状態では電気抵抗が減少し,金属状態に転移していることがわかった。また,含まれるナトリウム量を増加させると,フェリ磁性は強磁性に変化し,磁化がより顕著になるが,あるNa濃度を超えると,突然,強磁性が消失することがわかった。また,電気抵抗にも顕著な増大が現れ,ナトリウムの少ない系の性質とは大きく異なることがわかった。
一方,ナトリウムタイプのLSXにナトリウム金属を吸蔵させた系では,吸蔵量を増加させると,非磁性の絶縁体状態から常磁性の金属状態に突然転移し,温度上昇と共に磁化率は増大し,室温付近できわめて大きな値を示す。この系のNa核の核磁気共鳴の様子から,室温ではダイナミカルにイオンが熱振動するのに伴って磁性が発生する,従来にない性質が見えてきた。
また,細孔が体心立方構造で配列したソーダライトではモット絶縁体状態の反強磁性が観測されるが,アルカリ金属の種類を重くすると,ネール温度は上昇するが,さらに重くすると突然磁性が消失し,金属に転移する様子が見えてきた。これは従来からハバードモデルで期待されてきた絶縁体金属転移の可能性がある。

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

細孔がダイヤモンド構造で配列したゼオライトLSXにカリウム金属を吸蔵させると細孔当たり6原子付近で劇的に電気抵抗が減少して金属状態に転移する。しかし,Na量を増加させると強磁性を示さない吸蔵量では絶縁体状態を示すことが解ってきた。これらは磁性と伝導が強い相関を持っていることを示している。これらの状況は,電子格子相互作用も含めた相関電子系の性質として興味が持たれる。一方,全てナトリウム金属の系では,吸蔵量を増加させると,ダイナミカルにイオン運動する系の磁性が見えてきたが,これはポーラロン効果を考慮した多電子系の磁性として興味が持たれる。

今後の研究の推進方策

特異な性質に関連して様々な試料を作成する。また,特製の密封セルを用いた電気的測定を中心にアルカリ金属の組成依存性と吸蔵量依存性を系統的に解明する。また,近赤外可視紫外での光学スペクトルに加えて,赤外分光装置による中赤外域での低エネルギー電子励起スペクトルを得る。加えて,磁気測定と電子スピン共鳴と核磁気共鳴によりs電子のスピン状態の解明を行う。これらの測定により,s電子系における電子相関と電子格子相互作用が競合した金属転移と磁性の発現に関する知見を得る。また,ソーダライトにおけるアルカリ金属をより重いRbにすることで,磁性と伝導に大きな変化が見えてきたので,その解明を進める。これらの研究により,配列したナノ空間における相関s電子系の様子を詳しく解明する。

  • 研究成果

    (27件)

すべて 2013 2012

すべて 雑誌論文 (5件) (うち査読あり 3件) 学会発表 (22件) (うち招待講演 2件)

  • [雑誌論文] NMR study of thermally activated paramagnetism in metallic low-silica X zeolite filled with sodium atoms2013

    • 著者名/発表者名
      M. Igarashi
    • 雑誌名

      Phys. Rev. B

      巻: 87 ページ: 075138-1~7

    • DOI

      10.1103/PhysRevB.87.075138

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Direct Observation by Neutron Diffraction of Antiferromagnetic Ordering in S-electrons Confined in Regular Nanospace of Sodalite2012

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

      Phys. Rev. Lett.

      巻: 109 ページ: 167208(4)

    • DOI

      10.1103/PhysRevLett.109.167208

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Multiple metamagnetic transitions in antiferromagnet Yb2Pt2Pb with the Shastry-Sutherland lattice2012

    • 著者名/発表者名
      K. Iwakawa
    • 雑誌名

      J. Phys. Soc. Jpn.

      巻: 81 ページ: SB058-1-4

    • DOI

      10.1143/JPSJS.81SB.SB058

    • 査読あり
  • [雑誌論文] ゼオライト結晶のナノ細孔へのアルカリ金属圧入と電子状態2012

    • 著者名/発表者名
      中野岳仁
    • 雑誌名

      高圧力の科学と技術

      巻: 22 ページ: 44-50

  • [雑誌論文] ゼオライト結晶のナノ細孔へのアルカリ金属圧入とエキゾチックな磁性2012

    • 著者名/発表者名
      中野岳仁
    • 雑誌名

      まぐね

      巻: 7 ページ: 223-229

  • [学会発表] Rbを吸蔵したソーダライトの構造と物性2013

    • 著者名/発表者名
      中野岳仁
    • 学会等名
      日本物理学会
    • 発表場所
      広島大学
    • 年月日
      20130326-20130329
  • [学会発表] ゼオライトLSX中のNa-K合金クラスター(高Na含有)の磁性と電気伝導2013

    • 著者名/発表者名
      Luu Manh Kien
    • 学会等名
      日本物理学会
    • 発表場所
      広島大学
    • 年月日
      20130326-20130329
  • [学会発表] ルビジウムを吸蔵したゼオライトPの物性-吸蔵量依存性2013

    • 著者名/発表者名
      Gayan Prasad Hettiarachchi
    • 学会等名
      日本物理学会
    • 発表場所
      広島大学
    • 年月日
      20130326-20130329
  • [学会発表] Naを吸蔵したLSX型ゼオライトにおける熱活性型常磁性2013

    • 著者名/発表者名
      五十嵐睦夫
    • 学会等名
      日本物理学会
    • 発表場所
      広島大学
    • 年月日
      20130326-20130329
  • [学会発表] 炭化水素化合物の磁気特性2013

    • 著者名/発表者名
      平郡諭
    • 学会等名
      日本物理学会
    • 発表場所
      広島大学
    • 年月日
      20130326-20130329
  • [学会発表] ESR in single crystals of Ba2CuSb2O9(Hexagonal sample)2013

    • 著者名/発表者名
      韓一波
    • 学会等名
      日本物理学会
    • 発表場所
      広島大学
    • 年月日
      20130326-20130329
  • [学会発表] ESR in single crystals of Ba3CuSb2O9 (Orthorhombic sample)2013

    • 著者名/発表者名
      萩原政幸
    • 学会等名
      日本物理学会
    • 発表場所
      広島大学
    • 年月日
      20130326-20130329
  • [学会発表] カリウムを高濃度に吸蔵したチャンネル型ゼオライトLの光学反射スペクトル2013

    • 著者名/発表者名
      ファム タン ティ
    • 学会等名
      日本物理学会
    • 発表場所
      広島大学
    • 年月日
      20130325-20130329
  • [学会発表] Dynamic Jan-Teller distortion in Ba3CuSb2O92013

    • 著者名/発表者名
      Y. Han
    • 学会等名
      13th Japan-Korea-Taiwan Sympojium on Strongly Correlated Electron Systems
    • 発表場所
      Toyonaka, Osaka
    • 年月日
      20130115-20130115
  • [学会発表] MuSR study on ferromagnetic properties of alkali metals loaded into regular nanospace of zeolite crystals2012

    • 著者名/発表者名
      Y. Nozue
    • 学会等名
      International Conference on muSR: Theory and Applications
    • 発表場所
      Penang, Malaysia
    • 年月日
      20121101-20121103
    • 招待講演
  • [学会発表] ソーダライト中のカリウムクラスターの40K放射光 メスバウアー吸収分光II2012

    • 著者名/発表者名
      中野岳仁
    • 学会等名
      日本物理学会
    • 発表場所
      横浜国立大学
    • 年月日
      20120918-20120921
  • [学会発表] ゼオライトLSX中のNa-K合金クラスター(高Na含 有)の磁性III2012

    • 著者名/発表者名
      Luu Manh Kien
    • 学会等名
      日本物理学会
    • 発表場所
      横浜国立大学
    • 年月日
      20120918-20120921
  • [学会発表] カリウムを吸蔵したチャンネル型ゼオライトLの金属転移2012

    • 著者名/発表者名
      ファム タン ティ
    • 学会等名
      日本物理学会
    • 発表場所
      横浜国立大学
    • 年月日
      20120918-20120921
  • [学会発表] ナトリウムを吸蔵させたゼオライトYの物性2012

    • 著者名/発表者名
      川野涼子
    • 学会等名
      日本物理学会
    • 発表場所
      横浜国立大学
    • 年月日
      20120918-20120921
  • [学会発表] ルビジウムを吸蔵したゼオライトPの光学的磁気的性質2012

    • 著者名/発表者名
      Gayan Prasad Hettiarachchi
    • 学会等名
      日本物理学会
    • 発表場所
      横浜国立大学
    • 年月日
      20120918-20120921
  • [学会発表] カリウムを吸蔵したゼオライトAの磁性と異常な電気抵抗2012

    • 著者名/発表者名
      野末泰夫
    • 学会等名
      日本物理学会
    • 発表場所
      横浜国立大学
    • 年月日
      20120918-20120921
  • [学会発表] Antiferromagnetic Phase Transition of K-Rb Alloy Nanoclusters Incorporated in Sodalite2012

    • 著者名/発表者名
      T. Nakano
    • 学会等名
      19th International Conference on Magnetism
    • 発表場所
      Busan, Korea
    • 年月日
      20120708-20120713
  • [学会発表] Insulator-to-Metal Transition and Magnetism of Potassium Metals Loaded into Regular Cages of Zeolite LSX2012

    • 著者名/発表者名
      Y. Nozue
    • 学会等名
      19th International Conference on Magnetism
    • 発表場所
      Busan, Korea
    • 年月日
      20120708-20120713
  • [学会発表] Exotic magnetism of s-electron cluster array: ferromagnetism, ferrimagnetism and antiferromagnetism2012

    • 著者名/発表者名
      Y. Nozue
    • 学会等名
      19th International Conference on Magnetism
    • 発表場所
      Busan, Korea
    • 年月日
      20120708-20120713
    • 招待講演
  • [学会発表] Optical and magnetic properties of zeolite P loaded with potassium2012

    • 著者名/発表者名
      Gayan Prasad Hettiarachchi
    • 学会等名
      International Workshop on Advanced Materials and Nanotechnology 2012
    • 発表場所
      Hanoi, Vietnam
    • 年月日
      20120622-20120622
  • [学会発表] Magnetic properties of Na-K alloy clusters in zeolite LSX at high Na concentration2012

    • 著者名/発表者名
      Luu Manh Kien
    • 学会等名
      International Workshop on Advanced Materials and Nanotechnology 2012
    • 発表場所
      Hanoi, Vietnam
    • 年月日
      20120622-20120622
  • [学会発表] Optical properties of channel-type zeolite L loaded with potassium2012

    • 著者名/発表者名
      Pham Tan Thi
    • 学会等名
      International Workshop on Advanced Materials and Nanotechnology 2012
    • 発表場所
      Hanoi, Vietnam
    • 年月日
      20120622-20120622

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公開日: 2014-07-24  

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