二量体を内包するルテニウム酸化物の分子軌道を用いた電子状態の探索

使用含有二聚体的氧化钌分子轨道搜索电子态

• 批准号: 15J04615
• 负责人: 五十嵐 太一
• 金额: $ 1.09万
• 依托单位: Nagoya University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2015
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2015-04-24 至 2017-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-15J04615/
• 关键词: 磁性; 反強磁性体; スピン一重項; スピン液体; 構造解析; 置換効果

本研究では4d系の遷移金属酸化物の中でも、ルテニウムRu周りの酸素O八面体が面共有で結合した物質に着目した。実際に研究の対象とした物質はBa3MRu2O9である。この物質は面共有で結合した二量体を内包しており、Mイオンの違いによって異なる基底状態を示す。M = Coの場合にはその基底状態は反強磁性であり、ルテニウムは磁気モーメントを持つ。一方でM = Srの時にはルテニウムは二量体内でスピン一重項を形成し、その基底状態は非磁性である。またM = Znの場合にはその基底状態は調べられていない。この研究の目的は、これらの物質の基底状態の違いについて調べることである。そのために多結晶試料を作成し、磁化率、比熱、電気抵抗率の温度依存性を測定し、放射光X線を用いて構造解析を行った。磁化率、比熱、電気抵抗率の温度依存性から、M = Znの基底状態はスピン液体状態である可能性を見出した。また構造解析の結果、この基底状態の違いは、二量体間のRu-Ru距離が長くなる毎に反強磁性、量子スピン液体、非磁性へと変化していくことが明らかになった。さらにZnサイトを一部CaやCoへと置換することにより、この基底状態の変化が連続的であることが判明し、最終的にこの物質系の磁気相図を作成した。これらの結果は二量体内のルテニウムの磁気相互作用と二量体間のルテニウムの磁気相互作用の競合により発生していることを強く示唆している。

在4d基过渡金属氧化物中，本研究重点关注钌Ru周围的氧O八面体通过表面共价键合的材料。实际研究的物质是Ba3MRu2O9。该物质含有通过表面共价键结合的二聚体，并且根据M离子呈现不同的基态。当M=Co时，基态是反铁磁性的，钌具有磁矩。另一方面，当M = Sr时，钌在二聚体内形成自旋单线态，其基态是非磁性的。此外，在M=Zn的情况下，尚未研究基态。本研究的目的是调查这些物质基态的差异。为此，我们创建了多晶样品，测量了磁化率、比热和电阻率的温度依赖性，并使用同步加速器辐射 X 射线进行结构分析。从磁化率、比热和电阻率的温度依赖性来看，我们发现M=Zn的基态可能是自旋液态。结构分析还表明，随着二聚体之间Ru-Ru距离的增加，基态差异从反铁磁性到量子自旋液体再到非磁性。此外，通过用Ca或Co取代一些Zn位点，我们发现这种基态变化是连续的，并最终创建了该材料体系的磁相图。这些结果强烈表明，这是由于二聚体内钌的磁相互作用和二聚体之间钌的磁相互作用之间的竞争而发生的。

项目成果

Effects of the Ir impurity on the thermodynamic and transport properties of Ba4Ru3O10

Ir 杂质对 Ba4Ru3O10 热力学和输运性质的影响

• DOI: 10.7566/jpsj.84.094601
• 发表时间: 2015
• 期刊: J. Phys. Soc. Jpn. 84 (2015) 094601
• 作者: T. Igarashi;R. Okazaki. H. Taniguchi;Y. Yasui and I. Terasaki
• 通讯作者: Y. Yasui and I. Terasaki

ルテニウムの二量体構造を持つBa3Ca1-xZnxRu2O9の基底状態

钌二聚体结构Ba3Ca1-xZnxRu2O9的基态

• 发表时间: 2015
• 作者: 五十嵐太一;田辺賢士;谷口博基;小林賢介;佐賀山基;中尾裕則;熊井玲児;村上洋一;寺崎一郎
• 通讯作者: 寺崎一郎

Novel Charge Ordering in the Trimer Iridium Oxide BaIrO3

• DOI: 10.3390/cryst6030027
• 发表时间: 2016-03
• 作者: I. Terasaki;Shunsuke Ito;T. Igarashi;S. Asai;H. Taniguchi;R. Okazaki;Y. Yasui;K. Kobayashi;R. Kumai;H. Nakao;Y. Murakami

Ba3MRu2O9(M = Ca1-xZnx, Sr2+)の磁化率と基底状態

Ba3MRu2O9 (M = Ca1-xZnx, Sr2+) 的磁化率和基态

• 发表时间: 2016
• 作者: 五十嵐太一;田辺賢士;谷口博基;寺崎一郎
• 通讯作者: 寺崎一郎

The magnetic ground state of Ba3MRu2O9 (M = Ca2+, Zn2+, Co2+) containing Ru2O9 dimers

含有 Ru2O9 二聚体的 Ba3MRu2O9 (M = Ca2 , Zn2 , Co2 ) 的磁性基态

• 发表时间: 2015
• 作者: T. Igarashi;K. Tanabe;H. Taniguchi;K. Kobayashi;H. Sagayama;H. Nakao;R. Kumai;Y. Murakami;and I. Terasaki
• 通讯作者: and I. Terasaki