Investigation of metal-insulator transition and negative thermal expansion in layers ruthenates.

层状钌酸盐中金属-绝缘体转变和负热膨胀的研究。

基本信息

批准号：
19F19057
负责人：
東正樹
金额：
$ 1.47万
依托单位：
Tokyo Institute of Technology
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2019
资助国家：
日本
起止时间：
2019-10-11 至 2022-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

負熱膨張材料は、光通信や半導体製造装置などの構造材で、精密な位置決めをさまたげる熱膨張を補償（キャンセル）できる。還元処理した層状ルテニウム酸化物 Ca2RuO4の焼結体は大きな負熱膨張を示すが、そのメカニズムはこれまで不明であった。そこで本研究ではCa2RuO4 の結晶構造変化を、電子線回折や放射光X線解析、第一原理計算などの方法で調べた。詳細な解析の結果、低温では、4価のルテニウムが持つd電子が、横方向に張り出したdxy電子軌道を優先的に占有するために、ルテニウムを囲む酸素8面体が縦に収縮しており、さらにそれらが互いに傾斜して、縦方向（c軸方向）の収縮と横方向（b軸方向）の伸張が生じていることがわかった。昇温すると、この結晶構造の歪みが徐々に解消するため、c軸方向に伸長し、b軸方向に収縮する異方的な熱膨張が起こる。材料組織を形成する針状の結晶粒は、長手方向がb軸に対応しているため、昇温に伴って太鼓型に変形し、それによって結晶粒間の空隙が減少するために、全体として体積が大きく収縮することが明らかになった。また、合成直後の材料は格子間位置に過剰な酸素を取り込んでおり、これが低温での選択的な電子軌道の占有と酸素8面体の傾斜を阻害していることも明らかになった。これは、この過剰な酸素を還元処理で取り除いてはじめて負熱膨張が生じるということであり、還元処理が負熱膨張に果たす役割を確かめることができた。この成果はChemistry of Materials誌に掲載され、Supplementary Coverを飾った。

负热膨胀材料是一种结构材料，例如光学通信和半导体制造设备，并且可以补偿（取消）热膨胀，从而阻碍精确的定位。层状氧化四峰Ca2RUO4的较低处理的烧结体表现出较大的阴性热膨胀，但直到现在，该结构的机制才尚不清楚。因此，在这项研究中，使用诸如电子衍射，X射线同步加速器辐射分析和第一原理计算的方法研究了CA2RUO4的晶体结构的变化。详细的分析表明，在低温下，四位兰氏扁桃体的d电子优先占据沿水平方向突出的d电子，因此沿ruthenium合同周围的氧气八面体垂直且彼此之间的倾向，并在远距离上倾斜（c-轴）（C- X-saxis）（C- X-samaxis）（C- X-samaxis）（c-轴）。方向）。当温度升高时，晶体结构的应变会逐渐解析，从而导致各向异性热膨胀，从而沿C轴方向延伸，并在B轴方向上签约。由于形成材料结构的针状晶粒对应于纵向沿其纵向的B轴，因此它们变形为随温度升高的升高形状，由于晶体晶粒之间的间隙减少，导致大量收缩。还显示合成后的材料在间质位置掺入过量的氧气，从而抑制了低温下电子轨道的选择性占用和氧气八面体的倾斜。这意味着只有在减少治疗方法去除这种过量的氧气时才发生负热膨胀，并且可以确认减少处理在阴性膨胀中的作用。这项成就发表在材料化学杂志上，并装饰了补充封面。

项目成果

期刊论文数量（7）

专著数量（0）

科研奖励数量（0）

会议论文数量（0）

专利数量（0）

Technical University of Darmstadt(ドイツ)

达姆施塔特工业大学（德国）

DOI：
发表时间：
期刊：
影响因子：
0
作者：
通讯作者：

Beihang University(中国)

北京航空航天大学（中国）

DOI：
发表时间：
期刊：
影响因子：
0
作者：
通讯作者：

Polarization- and Strain-Mediated Control of Negative Thermal Expansion and Ferroelasticity in BiInO3-BiZn1/2Ti1/2O3

BiInO3-BiZn1/2Ti1/2O3 中负热膨胀和铁弹性的极化和应变介导控制

DOI：
10.1021/acs.chemmater.0c04049
发表时间：
2021
期刊：
Chemistry of Materials
影响因子：
8.6
作者：
Nishikubo Takumi;Ogata Takahiro;Venkataraman Lalitha Kodumudi;Isaia Daniel;Pan Zhao;Sakai Yuki;Hu Lei;Kawaguchi Shogo;Machida Akihiko;Watanuki Tetsu;Yu Hongwu;Okimoto Yoichi;Koshihara Shin-ya;Mori Shigeo;Rudel Jorgen;Azuma Masaki
通讯作者：
Azuma Masaki

Origin and Absence of Giant Negative Thermal Expansion in Ca2RuO4

Ca2RuO4 中巨大负热膨胀的起源和不存在