High-pressure synthesis of novel perovskite-type transition metal oxides assisted by first-principles calculations

第一性原理计算辅助高压合成新型钙钛矿型过渡金属氧化物

• 批准号: 22KJ0904
• 负责人: 小野瀬 雅穂
• 金额: $ 1.09万
• 依托单位: The University of Tokyo
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2023
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2023-03-08 至 2024-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-22KJ0904/
• 关键词: 高圧合成法; 第一原理計算; ペロブスカイト型酸化物

異常高原子価状態のFe4+を含むペロブスカイト型鉄酸化物SrFeO3は、強いdp混成を背景として、幾何学的フラストレーションのないシンプルな立方晶構造でありながら多彩なmulti-qらせん磁性相を示すことから注目を集めてきた。しかしFe4+を含む系は準安定であり、合成の難しさから関連物質における新奇らせん磁性相の開拓が遅れてきた。そこで本研究では、Ca, Baがc軸方向にオーダーしたAサイト秩序ペロブスカイト型鉄酸化物に注目し、高圧合成法による新物質開拓をおこなった。合成を試みた物質が新物質であったことから、第一原理計算を用いた結晶構造の熱力学的安定性の評価に基づき高圧合成を試みる候補物質のスクリーニングと合成経路の検討を実施し、目的物質の合成をより少ない回数で見通しよくおこなうことを目指した。常圧下・高圧下におけるconvex hullの作成の結果、酸素欠損型の2種類の新規Aサイト秩序相CaBaFe2O5, Ca(Ba0.9Ca0.1)2Fe3O8について、高圧下で安定化する傾向が予測され、それらを高圧合成法により実際に合成することに成功した。さらに、得られた酸素欠損相に対してオゾンを用いたトポタクティックな低温酸化を試み、部分的な酸素充填をおこなうことに成功した。また、酸素充填後のCa(Ba0.9Ca0.1)2Fe3O9-δにおいて、multi-qらせん磁気秩序の可能性にも期待できる新奇磁気相の発現を見出した。これらの結果は高圧合成法による新物質開拓における計算科学的アプローチの有効性を示すもので、今後の準安定強相関酸化物の開拓のさらなる加速につながることが期待される。

在异常高的价状态下，含有Fe4+的钙钛矿氧化铁SRFEO3引起了人们的注意，因为它具有简单的立方结构而没有几何挫败感，但由于强大的DP杂交而表现出各种多Q螺旋磁相。但是，含有Fe4+的系统是可稳定的，由于合成的难度，相关材料中新型螺旋磁相的发展已延迟。因此，在这项研究中，我们专注于Ca和Ba在C轴方向上有序的A位点有序的钙钛矿氧化物，并使用高压合成方法开发了新材料。由于试图合成的物质是新物质，因此我们根据评估晶体结构的热力学稳定性，使用首先原理计算对候选物质进行了高压合成，并检查了晶体结构的热力学稳定性，旨在使目标物质具有更少的可预测的目标物质，并具有更少的可预测的观点。由于在正常和高压下创建了凸壳的结果，两个新的A位置有序相，CabAfe2O5和Ca（BA0.9CA0.1）2FE3O8，它们是缺氧的，预计在高压下稳定在高压下，实际上使用高压力合成方法合成了这些方法。此外，尝试使用臭氧进行拓扑的低温氧化，并进行部分氧气填充。此外，在CA（BA0.9CA0.1）2FE3O9-δ中，氧气填充后，我们发现一种新型磁相的出现，可以预期具有多Q螺旋磁序。这些结果证明了计算科学方法在使用高压合成方法开发新材料中的有效性，并有望进一步加速亚稳态的氧化物强烈相关的氧化物。

项目成果

Possible helimagnetic order in Co4+-containing perovskites Sr1-xCaxCoO3

含 Co4 钙钛矿 Sr1-xCaxCoO3 中可能的螺旋磁序

• DOI: 10.1063/5.0101473
• 发表时间: 2022
• 期刊: APL Materials
• 影响因子: 6.1
• 作者: Takahashi Hidefumi;Onose Masaho;Kobayashi Yasuhito;Osaka Takahiro;Maeda Soushi;Miyake Atsushi;Tokunaga Masashi;Sagayama Hajime;Yamasaki Yuichi;Ishiwata Shintaro
• 通讯作者: Ishiwata Shintaro

Search for metastable A-site ordered perovskite-type ferrites by high-pressure synthesis assisted by first-principles calculations

第一性原理计算辅助高压合成寻找亚稳态A位有序钙钛矿型铁氧体

• 发表时间: 2023
• 作者: M. Onose;H. Takahashi;H. Sagayama;Y. Yamasaki;and S. Ishiwata
• 通讯作者: and S. Ishiwata