2015 Fiscal Year Annual Research Report
サブメガバールにおける化学反応が切り開く3d遷移金属多窒化物の結晶化学と電子物性
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15H05542
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| Research Institution | Nagoya University |
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Principal Investigator |
丹羽 健 名古屋大学, 工学研究科, 准教授 (40509030)
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| Project Period (FY) |
2015-04-01 – 2018-03-31
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| Keywords | 超高圧合成 / 多窒化物 / 遷移金属元素 / 超臨界窒素 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では100 GPa(100万気圧)以下の圧力領域において，レーザー加熱式ダイアモンドアンビルセル高圧発生装置を用いた超高圧超臨界窒素流体と遷移金属との直接反応による新規3d遷移金属窒化物の創製とその結晶学の理解が目的である．現在までにFe，Co，Niに対する実験をおこない，50 GPaまでの範囲で現在までに報告されていない新規な窒化物の創製に成功した．特にCo-N2系において，過去に白金族元素の多窒化物で報告されたMarcasite型構造の窒化物創製に成功した．この結果は3d遷移金属のの多窒化物が同族の白金族元素と相関があることを示しており，非常に重要な成果である．またFe-N2系では，多窒化ではないが，Fe原子に対してN原子が高配位したNiAs型FeNの合成に成功した．放射光X線による構造解析の他に，体積弾性率の決定や計算機による電子構造の計算も取り入れ物性を評価した．現在これらの結果について論文にまとめ最終修正の段階にある．Ni-N2系についても新規相の出現を観測したが，実験データのさらなる蓄積が必要であり今後継続して取り組む予定である．その一方，当初の予定ではそれほど優先度が高くなかった前期側の遷移金属（V，Cr，Mn）に対しても，80 GPaまでの圧力範囲で合成実験をおこなった．これらの元素は後期側の3d遷移金属元素に比べて非常に窒化しづらく，60 GPa以上の超高圧力下でなければ新規窒化物が創製されなかった．この隣り合った3d遷移金属間での結果の違いは，電子構造に起因していることは自明であるが，結晶化学的考察やさらなる詳細な解析などを試みている段階である．
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
当初目的にしていたFe，Co，Niに対する新規窒化物の合成実験は順調に進んでいるが，その評価において試料が微小なため様々な方法を試みる必要が生じた．また，後期側だけではなく前期側遷移金属の窒化物創製実験も追加でおこなった．放射光を用いた電子構造の評価に関して，先に前期遷移金属の合成に注力したため，当初計画より少し先延ばしする状況になった．しかしながら，非常に興味深い結果も得ることができ，十分目的達成のための知見が得られたと考えられる．現在，放射光光電子分光測定や赤外反射測定による電子構造評価の準備に取り組んでいる．実験協力者のもと，予備実験をおこない問題点を修正することで，試料が小さくても十分な質のデータがえられることがわかった．今年度，放射光のビームタイムも確保でき実験に支障はないものと考えられる．予備実験も順調に進んでおり，最終年度であるが十分当初目的の結果は得られると考えている．
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| Strategy for Future Research Activity |
研究最終年度は，前年度までに得られたFe，Co，Niの新規窒化物の物性や電子構造につながる情報を得るための評価に重点を置く．具体的には放射光X線を用いた微小試料の光電子分光測定および透過電子顕微鏡を用いた原子レベルの解析である．合成実験とX線回折測定による構造評価には成功しているため，上記の実験で得られたデータを計算機シミュレーションと比較することができる．これにより微小ではあるが，新規な3d遷移金属窒化物の電子構造を評価することが可能となる．研究成果については投稿論文および関連学会，HPなどで広く発信する予定である．
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[Presentation] High Pressure Synthesis and Characterization of Transition Metal Nitrides2015
Author(s)
Ken Niwa, Kentaro Suzuki, Toshiki Terabe, Yuichi Shirako, Shunsuke Muto, Kazuyoshi Tatsumi, Tatsuya Mizui, Kazuo Soda, Takumi Kikegawa, Masashi Hasegawa
Organizer
Joint AIRAPT-25th & EHPRG-53rd International Conference on High Pressure Science and Technology
Place of Presentation
Complutense University of Madrid (Madrid, SPAIN)
Year and Date
2015-08-30 – 2015-09-04
