2024年度の論文紹介

第1回(4/15):金 貴美愛(M1)

Selective Synthesis of Defect-Rich LaMnO3 by Low-Temperature Anion Cometathesis
Gia Thinh Tran et al., Inorg. Chem. 63, 3250–3257 (2024).
　ペロブスカイト型LaMnO3は幅広い欠陥濃度を持ち、巨大磁気抵抗効果を示すことで知られる。本論文ではLiMnO2 + LaOX(X=Cl,Br,ClとBrの等モル混合物)メタセシス反応に焦点を当てた。いずれにおいても金属カチオンに対して過剰な酸素を伴って生成物LaMnO3+xが形成され、LaOClとLaOBrの混合物を用いたアニオンコメタセシスによって最も低い反応温度で進行した。計算熱力学によって、欠陥濃度の系統的な変動と局所平衡から全体的な熱力学的平衡への反応の移行が明らかになった。機能性材料において原子欠陥が巨視的な特性を制御することが多い。そのため、反応に直接関与しない追加元素を含めた低温固体反応においてどのように局所平衡が生じるのか、化学ポテンシャルの状況を理解することは今後の固体合成におけるより総合的な制御につながる。

第2回(4/22):千野根 広大(M1)

Transition from Ferromagnetic Semiconductor to Ferromagnetic Metal with Enhanced Curie Temperature in Cr2Ge2Te6 via Organic Ion Intercalation
Naizhou Wang et al., Nature Physics 13, 157 (2017).
　二次元極限における磁性は新たな物理現象や応用の可能性を探る上で、興味深いテーマとなっている。特に二次元磁性は、しばしば固有なスピン揺らぎや多彩な電子構造と関連することが多く、二次元材料研究に大きな可能性を与えている。しかしながら従来の系は機械的剥離や原子層堆積法によって実現しなければならず、二次元磁性を持つ候補物質を検証するのは依然として困難である。ここでは、電気化学的に有機分子をインターカレーションすることで二次元磁気特性を操作する方法について、テトラブチルアンモニウム(TBA+)を用いて金属的な振る舞いをする(TBA+)Cr2Ge2Te6ハイブリッド超格子の合成に成功したことを報告している。(TBA)Cr2Ge2Te6のキュリー温度は、前駆体のCr2Ge2Te6が持つ67Kから208Kへと大幅に上昇した。さらに磁化容易軸がc軸からab面へと変化した。理論計算から、キュリー温度の急激な上昇は、磁気的な相互作用が前駆体Cr2Ge2Te6の弱い超交換相互作用から(TBA)Cr2Ge2Te6の強い二重交換相互作用に変化したことに起因する。これらの発見は有機イオンをインターカレートすることで、ファンデルワールス磁性体の磁性を操作できることを初めて実証している。これは、ファンデルワールス結晶における多彩な磁気的・電子的性質を探索するための簡便で効率的なアプローチとなりうる。

第3回(5/16):吉良 春希(M1)

Stabilization of a honeycomb lattice of IrO6 octahedra by formation of ilmenite-type superlattices in MnTiO3
Kei Miura et al., Communications Materials 1, 55 (2020).
　量子物性研究において、薄膜はバルク結晶には存在しないエピタキシャルひずみと二次元性を介した磁気相互作用を制御する魅力的な分野である。ここでは、薄膜の量子スピン液体の発展のための有望な候補物質として、固くて丈夫なイルメナイト型酸化物を提案する。安定化されたサブユニットセルのMn-Ir-O層はMnTiO3と同じ構造で、イルメナイト型MnIrO3の原子配置に対応する。スピンホール磁気抵抗測定を行うことによって、イルメナイトMn副格子内の反強磁性秩序が、IrO6平面を介したMnO6平面における修正された磁気相互作用によって制御されることを観測した。これらの発見は、二次元のキタエフ候補物質の開発に貢献し、量子スピン液体に特有な独自の物理学や応用の発見を加速させる。