高圧急冷法を用いた酸化物系ハイパーマテリアルの探索

2021 年度 実績報告書

• 研究領域: ハイパーマテリアル：補空間が創る新物質科学
• 研究課題/領域番号: 20H05276
• 研究機関: 国立研究開発法人物質・材料研究機構
• 研究代表者: 山浦 一成 国立研究開発法人物質・材料研究機構, 国際ナノアーキテクトニクス研究拠点, グループリーダー (70391216)
• 研究期間 (年度): 2020-04-01 – 2022-03-31
• キーワード: 酸化物準結晶 / 高圧合成

研究実績の概要

亜酸化物は、電気陰性度が小さな金属元素同士が多数結合した金属クラスターと、そのクラスター間に挿入された酸素を特徴とする特異な酸化物として研究されてきた経緯がある。かつてはCs11O3やRb9O2のように大気中で不安定な亜酸化物が多かったが、近年では大気中でも安定なTiを含む3元系亜酸化物Ti7Ga2O6， Ti3GaO， Ti5Ga3Oが合成され (H. Yamane, S. Amano, Inorg. Chem. 57, 9941, 2018)、さらには新規超伝導体Nb5Ir3O （Tc＝10.5 K）とTi4M2O (M = Co, Rh, Ir) (Tc＝2.3～5.4 K)が合成されるなど新物質開発が進展している (K.Y. Ma, et al. Chem. Mater. 23, 8722, 2021)。
我々は、亜酸化物のクラスター構造的な特徴に着目して物質探索を進め、正20面体的な特徴を備える、かつ大気中でも安定な新規亜酸化物の創製を目指して、特にTi系亜酸化物の周辺物質・関連物質の合成、および新物質の探索を進めた。実験手段として、新物質合成に有効な高圧合成法を用いた。昨年度に続き、Ti-Ga-O系の亜酸化物の高圧環境下での合成実験を進め、さらに単一ステップから複数ステップの熱処理へと実験条件を最適化し、さらにまたGeや他の金属元素との固溶体の合成を進めた。これまでのところ明確な特徴を備えた新物質や、重要な周辺物質・関連物質の合成には至らなかったが、第2期の公募研究課題として探索を継続する。
なお探索の過程で、酸化物準結晶と直接関係ないが、Ba-Ti-O系の新規高圧相を合成したため、その特異な構造的特徴と併せて学術論文として公表する準備を進めた。

現在までの達成度 (段落)

令和3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

令和3年度が最終年度であるため、記入しない。

研究成果

• [国際共同研究] Paul Scherrer Institute/ETH Zurich(スイス)
  • 国名: スイス
  • 外国機関名: Paul Scherrer Institute/ETH Zurich
• [国際共同研究] the State University of New Jersey/Oak Ridge National Laboratory/University of Texas at Austin(米国)
  • 国名: 米国
  • 外国機関名: the State University of New Jersey/Oak Ridge National Laboratory/University of Texas at Austin
• [雑誌論文] Melting of magnetic order in NaOsO3 by femtosecond laser pulses (2022)
  • 著者名/発表者名: Giorgianni, F.; Burian, M.; Gurung, N.; Kubli, M.; Esposito, V.; Staub, U.; Beaud, P.; Johnson, S. L.; Windsor, Y. W.; Rettig, L.; Ozerov, D.; Lemke, H.; Saha, S.; Pressacco, F.; Collins, S. P.; Togashi, T.; Katayama, T.; Owada, S.; Yabashi, M.; Yamaura, K.; Tanaka, Y.; Scagnoli, V.
  • 雑誌名: Phys. Rev. B 巻: 105 ページ: 155147-1-9
  • DOI: 10.1103/PhysRevB.105.155147
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Multiple magnetic transitions and complex magnetic behaviour of the perovskite manganite NdMn7O12 (2022)
  • 著者名/発表者名: Belik, A. A.; Liu, R.; Zhang, L.; Terada, N.; Tanaka, M.; Yamaura, K.
  • 雑誌名: J. Solid State Chem. 巻: 309 ページ: 122969-1-12
  • DOI: 10.1016/j.jssc.2022.122969
  • 査読あり
• [雑誌論文] Strongly correlated electrons in the ferroelectric metal LiOsO3 (2021)
  • 著者名/発表者名: Zhou, J. S.; Li, X.; He, J. M.; Chen, J.; Yamaura, K.
  • 雑誌名: Phys. Rev. B 巻: 104 ページ: 115130-1-11
  • DOI: 10.1103/PhysRevB.104.115130
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Magnetic Properties of S = 1/2 Distorted Kagome Antiferromagnet CdCu3(OH)6Cl2 with Low-Symmetry Orbital Arrangement (2021)
  • 著者名/発表者名: Yoshida, H. K.; Noguchi, N.; Ishii, Y.; Oda, M.; Chen, J.; Yamaura, K.; Yamashita, S.; Nakazawa, Y.; Kida, T.; Narumi, Y.; Hagiwara, M.
  • 雑誌名: J. Phys. Soc. Jpn. 巻: 90 ページ: 044714-1-6
  • DOI: 10.7566/jpsj.90.044714
  • 査読あり
• [雑誌論文] La3Ga3Ge2S3O10: An Ultraviolet Nonlinear Optical Oxysulfide Designed by Anion-Directed Band Gap Engineering (2021)
  • 著者名/発表者名: Yan, H.; Matsushita, Y.; Yamaura, K.; Tsujimoto, Y.
  • 雑誌名: Angew. Chem. Int. Ed. 巻: 60 ページ: 26561-26565
  • DOI: 10.1002/anie.202112692
  • 査読あり
• [雑誌論文] Magnetic properties of the Shastry-Sutherland lattice material BaNd2ZnO5 (2021)
  • 著者名/発表者名: Ishii, Y.; Sala, G.; Stone, M. B.; Garlea, V. O.; Calder, S.; Chen, J.; Yoshida, H. K.; Fukuoka, S.; Yan, J.; dela Cruz, C.; Du, M.-H.; Parker, D. S.; Zhang, H.; Batista, C. D.; Yamaura, K.; Christianson, A. D.
  • 雑誌名: Phys. Rev. Materials 巻: 5 ページ: 064418-1-11
  • DOI: 10.1103/PhysRevMaterials.5.064418
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Probing spin fluctuations in NaOsO3 by muon spin rotation and NMR spectroscopy (2021)
  • 著者名/発表者名: Gurung, N.; Wang, C.; Bingham, N. S.; Verezhak, J. A. T.; Yamaura, K.; Allodi, G.; Forino, P. C.; Sanna, S.; Luetkens, H.; Scagnoli, V.
  • 雑誌名: J. Phys.: Condens. Matter. 巻: 33 ページ: 335802-1-8
  • DOI: 10.1088/1361-648X/ac06eb
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Antiferromagnetic Order Breaks Inversion Symmetry in a Metallic Double Perovskite, Pb2NiOsO6 (2021)
  • 著者名/発表者名: Feng, H. L.; Kang, C.-J.; Manuel, P.; Orlandi, F.; Su, Y.; Chen, J.; Tsujimoto, Y.; Hadermann, J.; Kotliar, G.; Yamaura, K.; McCabe, E. E.; Greenblatt, M.
  • 雑誌名: Chem. Mater. 巻: 33 ページ: 4188-4195
  • DOI: 10.1021/acs.chemmater.1c01032
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Temperature evolution of 3d- and 4f-electron magnetic ordering in the ferrimagnetic Mn self-doped perovskite (Yb0.667Mn0.333)MnO3 (2021)
  • 著者名/発表者名: Donni, A.; Pomjakushin, V. Y.; Zhang, L.; Yamaura, K.; Belik, A. A.
  • 雑誌名: J. Phys.: Condens. Matter. 巻: 33 ページ: 205804-1-12
  • DOI: 10.1088/1361-648X/abe516
  • 査読あり / 国際共著