新規マルチ熱量効果材料の開拓

开发新型多热量效应材料

基本信息

批准号：
20K20547
负责人：
島川祐一
金额：
$ 16.64万
依托单位：
Kyoto University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Challenging Research (Pioneering)
财政年份：
2020
资助国家：
日本
起止时间：
2020-07-30 至 2024-03-31
项目状态：
已结题

来源：
https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-20K20547/
关键词：
遷移金属酸化物熱量効果エントロピー変化高圧合成

项目摘要

本研究は、近年、熱に関する問題がさまざまな形で顕在化する中で、社会からも強く求められている熱エネルギー問題の解決に資する新材料の開発を目指すものである。その中で特に熱量効果を示す新材料に注目して研究を行っている。これまでにAサイト秩序型ペロブスカイト構造酸化物NdCu3Fe4O12における巨大圧力熱量効果と同構造のBiCu3Cr4O12でのマルチ熱量効果（圧力熱量効果と磁気熱量効果）を発見してきた。この両者における熱量効果の発現は、電荷‐スピン‐格子が強く相関した物質系において起こる1次の電荷転移に誘発された磁気エントロピー変化に起因するものであると考えている。特にNdCu3Fe4O12でのFeイオンの磁気モーメントの温度変化やBiCu3Cr4O12でのCuおよびCrイオンの磁気モーメントによるフェリ磁性の温度変化をみると、通常の磁気相互作用に基づく2次の相転移とは大きく異なる特異な1次転移を示していることが明らかとなった。これは、本質的には高い磁気転移温度を内在しているにも関わらず、電荷転移により磁気転移が抑制され、結果的に電荷転移によって磁気転移が誘起されていることを示している。このような電荷転移により誘発される磁気転移はこれまでには観測されていな特異なものである。特に大きな熱量効果を示す新材料の設計にあたり、この新たなメカニズムはその開発指針ともなるものである。また本研究では、放射光X線および中性子などの量子ビーム大型施設を使った実験による精密な結晶構造解析データによる構造と熱物性の相関の解明を進めている。2022年度は国内放射光X線施設での実験参加が可能となったが、海外での実験に参加することは出来なかった。それでも、台湾放射光X線実験施設へは試料を送付してデータ収集を依頼する形で国際共同研究実験も復活させることができた。

这项研究旨在开发有助于解决热能问题的新材料，随着近年来与热相关的问题以各种形式出现，社会对此提出了强烈的需求。其中，我们正在进行的研究特别关注具有热量效应的新材料。到目前为止，我们在A位有序钙钛矿结构氧化物NdCu3Fe4O12中发现了巨大的压力-热量效应，在相同结构的BiCu3Cr4O12中发现了多热量效应（压力-热量效应和磁热效应）。我们认为，这两种情况下热量效应的出现都是由于电荷、自旋和晶格强相关的材料系统中发生的一级电荷跃迁引起的磁熵变所致。特别是，当我们观察 NdCu3Fe4O12 中 Fe 离子磁矩的温度变化以及 BiCu3Cr4O12 中 Cu 和 Cr 离子磁矩引起的亚铁磁性温度变化时，我们发现这是一种独特的相变，显着与基于正常磁相互作用的二级相变不同，很明显肿瘤显示出原发转移。这表明虽然该材料本质上具有高磁转变温度，但是磁转变被电荷转移抑制，结果，磁转变被电荷转移诱发。这种电荷转变引起的磁转变是独特的，以前从未观察到过。这种新机制可以作为开发表现出特别大热效应的新材料的指南。此外，在本研究中，我们利用同步辐射X射线和中子等大型量子束设备的实验获得的精确晶体结构分析数据，阐明了结构和热物理性质之间的相关性。 2022年，可以参加国内同步辐射X射线装置的实验，但无法参加海外的实验。尽管如此，我们还是通过向台湾同步加速器X射线实验设施发送样本并要求收集数据，得以恢复国际联合研究实验。

项目成果

期刊论文数量（38）

专著数量（0）

科研奖励数量（0）

会议论文数量（0）

专利数量（0）

Colossal Barocaloric Effect by Large Latent Heat Produced by First‐Order Intersite‐Charge‐Transfer Transition

一阶位点间电荷转移跃迁产生的大量潜热产生的巨大压热效应

DOI：
10.1002/adfm.202009476
发表时间：
2021
期刊：
影响因子：
19
作者：
Kosugi Yoshihisa;Goto Masato;Tan Zhenhong;Fujita Asaya;Saito Takashi;Kamiyama Takashi;Chen Wei‐Tin;Chuang Yu‐Chun;Sheu Hwo‐Shuenn;Kan Daisuke;Shimakawa Yuichi
通讯作者：
Shimakawa Yuichi

Giant entropy changes in charge transition oxides

电荷过渡氧化物的巨大熵变