ソフト化学的手法を用いた新奇物質の探索

使用软化学方法寻找新物质

基本信息

批准号：
10J00374
负责人：
北田敦
金额：
$ 0.9万
依托单位：
Kyoto University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2010
资助国家：
日本
起止时间：
2010 至 2011
项目状态：
已结题

项目摘要

申請者はソフト化学的手法という固体物理の分野ではなじみのない合成法を取り入れ、数々の新物質を合成し、その新奇な物性を次々と発見した。ソフト化学的手法の特徴であるトポタクティック反応により、母物質の結晶構造を反映した物質設計が可能である。このソフト化学的手法のひとつである低温固相イオン交換法により合成した正方格子二次元スピン系においては、量子効果の強い銅の系について従来の類似物質よりも二次元性を著しく向上させた物質を新たに合成し、2Kの極低温まで磁気秩序がないことを確認した。またスピン量子数依存性について調べる目的で、磁性イオンをマンガン、コバルト、およびクロムに変えた系の合成にも成功し、マンガン、コバルトの系でストライプ型の磁気秩序を見出した。そしてクロムの系では一連の系で初となるG型磁気秩序を明らかにした。このG型秩序の確認は我々の予想を裏切った、興味深い成果である。上記の固相イオン交換反応に限らず、低温でも強力な還元力を発揮する金属水素化物を用いた低温固相還元反応による電子伝導体の開発にも取り組んだ。透明伝導体として注目される還元アナターゼTiO2-δ薄膜にこの手法を適用し、その酸素量を幅広く、またその電子物性を系統的に制御することに成功した。そして、従来よりも1桁低い10-3Ωcmの室温抵抗率を、金属状態及び半導体状態の両方で達成した。また、その2Kにおける磁気抵抗の符号が組成に従って正から負、そして再び正に変化するという興味深い物性を観測した。

申请人采用了一种固态物理领域不熟悉的软化学合成方法，合成了多种新物质，并陆续发现了它们新的物理性质。拓扑反应是软化学方法的一个特征，使得设计反映母体材料晶体结构的材料成为可能。在采用软化学方法之一的低温固相离子交换法合成的方晶格二维自旋体系中，我们开发了一种与铜体系中常规同类材料相比二维性显着提高的材料，我们新合成并证实其在2K的极低温度下不存在磁序。此外，为了研究自旋量子数依赖性，我们成功合成了磁性离子变为锰、钴和铬的体系，并在锰和钴体系中发现了条纹型磁序。在铬系中，我们在一系列体系中首次发现了G型磁序。这次G型订单的确认是一个有趣的结果，超出了我们的预期。除了上述固态离子交换反应之外，我们还致力于通过使用金属氢化物的低温固态还原反应开发电子导体，即使在低温下也表现出很强的还原能力。我们将该方法应用于作为透明导体而受到关注的还原锐钛矿TiO2-δ薄膜，并成功地在较宽范围内控制氧含量并系统地控制其电子特性。此外，我们在金属态和半导体态下均实现了 10-3 Ωcm 的室温电阻率，比传统电阻率低一个数量级。我们还观察到一个有趣的特性，即 2K 时磁阻的符号根据成分从正变为负，然后又变回正。