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特徴的な構造を持つ化合物を対象とした物質探索

無機化合物の中には特徴的な元素配列 : 直線的(一次元鎖、ジグザグ鎖、ラダーなど)、平面的(三角格子、正方格子、ハニカム格子など)、あるいはクラスター的(ダイマー、トライマーなど)を持つ構造が存在し、その構造的特徴を強く反映した物性を示します。新たな興味深い物性の発見を目指して、様々な特徴的な結晶構造を持つ物質を対象にした新物質探索を行っています。

例1. メリライト型化合物

メリライト構造を持つ酸化物は、遷移金属の二次元配列とそれに起因する低次元磁性を示すします。Aサイトにも磁性イオン(4f電子を持つ2価のユーロピウム)を導入することで、この系で初めてフェリ磁性を示す化合物Eu2MnSi2O7(図1)を発見しました。

また、遷移金属サイト間の磁気的相互作用に関する知見を得るために、物性測定や中性子回折実験を行い、遷移金属イオンの磁気異方性を反映した特徴的な磁気構造を持つことを明らかにしました。さらに、アニオン置換による新物質合成にも成功し、さらに研究を展開しています。
図1 メリライト型化合物Eu2MSi2O7 (M = Mg, Mn)

例2. 六方晶酸化物

この六方晶酸化物Ba6R2Fe4O15(図2)は強い磁性を持つFe3+イオンが八面体、四面体サイトに入り、4個のFeを含むクラスター状の構造を持ちます。フェリ磁性的(八面体サイト:↓、四面体サイト:↑↑↑)な基底状態を持つクラスターとして振る舞うだけでなく、クラスター間の相互作用により低温で得意な磁気秩序状態を示すことが明らかになりました。
図2 六方晶化合物Ba6R2Fe4O15とスピンテトラマー

関連論文

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