遷移金属テトラマーの自由度制御と新奇機能物性開拓

过渡金属四聚体的自由控制和新功能特性的开发

• 批准号: 15J04247
• 负责人: 高橋 英史
• 金额: $ 1万
• 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: 2015
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2015-04-24 至 2016-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-15J04247/
• 关键词: 強相関電子系; 超伝導; 熱電材料

本研究の目的は、遷移金属四量体の分子軌道形成と、それに伴う新たな自由度と物性や機能性との相関を調べることである。そこで遷移金属カルコゲナイド化合物に注目し研究を行った。遷移金属カルコゲナイド化合物では遷移金属が多量体構造を作ることで、構造、スピン、電子軌道の自由度に起因し様々な物性が発現する。本研究ではまず初めに、遷移金属四量体を形成する欠損スピネル化合物AM4X8 (A = Ga, Ge, Al: M = V, Nb, Ta, Mo, W: X = S, Se)を用い, 新奇物性や機能性の探査を行った。その結果、GaMo4S8では20 K付近に強磁性的な転移が観測された。また磁化の磁場依存性において低磁場で弱い異常が観測された。この結果はGaV4S8の結果に類似しており、この系において低磁場領域でスキルミオン的な特異な磁気構造が実現していることが示唆された。次に、本研究では層状遷移金属カルコゲナイドの一種であるMoTe2とTaTe2に注目し研究を行った。MoTe2では遷移金属がジグザグにつながった1次元的鎖的な構造を持つ物質であり、TaTa2では遷移金属が１次元の2重鎖的な構造を持つ物質である。我々はこの２種類の物質を固容させ、その時の構造を変化を精密に解析した。その結果、Mo0.3Ta0.7Te2においてMoTe2とTaTe2とは異なる特異な結晶構造が出現することを明らかにした。この構造は層内構造は周期性を有するものの、層間方向の周期性に乱れを有しており、その結果、電気抵抗は1mΩcm程度と低いにも関わらず熱伝導率がガラスと同程度に低いことを発見しました。そのため、この構造が新たなPhonon Glass Electron Crystal 物質となりうることを見いだしました。

本研究的目的是研究过渡金属四聚体中分子轨道的形成以及新自由度与物理性质和功能之间的相关性。因此，我们的研究重点是过渡金属硫系化合物。在过渡金属硫族化物中，过渡金属形成多聚体结构，由于结构、自旋和电子轨道的自由度而表现出各种物理性质。在这项研究中，我们首先使用缺陷尖晶石化合物AM4X8（A = Ga，Ge，Al：M = V，Nb，Ta，Mo，W：X = S，Se），它形成过渡金属四聚体，创造了一种新型的我们研究了它的物理特性和功能。结果，在 GaMo4S8 中在 20 K 左右观察到铁磁转变。此外，在低磁场下磁化强度的磁场依赖性中观察到弱异常。该结果与GaV4S8相似，表明该系统在低磁场区域实现了独特的类斯格明子磁结构。接下来，在本研究中，我们重点关注 MoTe2 和 TaTe2，它们是层状过渡金属硫属化物类型。 MoTe2是过渡金属以锯齿状连接的具有一维链状结构的材料，TaTa2是过渡金属具有一维双链结构的材料。我们将这两类物质固化，并精确分析其结构的变化。结果表明，Mo0.3Ta0.7Te2 中出现了与 MoTe2 和 TaTe2 不同的独特晶体结构。虽然该结构在层内具有周期性，但层间方向的周期性是无序的，因此，尽管电阻低至1mΩcm，但导热率却与玻璃一样低。因此，我们发现这种结构可以作为新型声子玻璃电子晶体材料。