新規マルチ熱量効果材料の開拓

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本研究は、近年、熱に関する問題がさまざまな形で顕在化する中で、社会からも強く求められている熱エネルギー問題の解決に資する新材料の開発を目指すものである。その中で特に熱量効果を示す新材料に注目して研究を行っている。これまでにAサイト秩序型ペロブスカイト構造酸化物NdCu3Fe4O12における巨大圧力熱量効果と同構造のBiCu3Cr4O12でのマルチ熱量効果（圧力熱量効果と磁気熱量効果）を発見してきた。この両者における熱量効果の発現は、電荷‐スピン‐格子が強く相関した物質系において起こる1次の電荷転移に誘発された磁気エントロピー変化に起因するものであると考えている。特にNdCu3Fe4O12でのFeイオンの磁気モーメントの温度変化やBiCu3Cr4O12でのCuおよびCrイオンの磁気モーメントによるフェリ磁性の温度変化をみると、通常の磁気相互作用に基づく2次の相転移とは大きく異なる特異な1次転移を示していることが明らかとなった。これは、本質的には高い磁気転移温度を内在しているにも関わらず、電荷転移により磁気転移が抑制され、結果的に電荷転移によって磁気転移が誘起されていることを示している。このような電荷転移により誘発される磁気転移はこれまでには観測されていな特異なものである。特に大きな熱量効果を示す新材料の設計にあたり、この新たなメカニズムはその開発指針ともなるものである。また本研究では、放射光X線および中性子などの量子ビーム大型施設を使った実験による精密な結晶構造解析データによる構造と熱物性の相関の解明を進めている。2022年度は国内放射光X線施設での実験参加が可能となったが、海外での実験に参加することは出来なかった。それでも、台湾放射光X線実験施設へは試料を送付してデータ収集を依頼する形で国際共同研究実験も復活させることができた。