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Elucidation of the mechanism for negative thermal expansion materials originating from lattice vibration

阐明晶格振动引起的负热膨胀材料的机理

基本信息

批准号：
22K14471
负责人：
望月泰英
金额：
$ 2.58万
依托单位：
Tokyo Institute of Technology
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Early-Career Scientists
财政年份：
2022
资助国家：
日本
起止时间：
2022-04-01 至 2025-03-31
项目状态：
未结题

项目摘要

基礎学術的な意味合いにおいても、産業応用上においても、興味深い物性である負熱膨張性（温度上昇に伴って体積が減少する性質）は、希少金属と毒性元素を含む材料における報告例が多い。その中、地球上に豊富に存在する元素で構成されるNASICON型構造(KZr2P3O12, 空間群R-3c)の負熱膨張性を理論的に解析し、試料合成、実験による物性測定と解析まで行うことによって、Γ点の規約表現A2g(Γ2+)に従うフォノンモードが最も負熱膨張性に効くことが分かった。また、dブロック元素であるZr4+をpブロック元素に置換することによって、最も重要なA2gフォノンが虚数振動数を有することになり、空間群R-3cを有する構造が不安定になり、結果的にR-3へ対称性が落ちる相転移が生じるとともに、負熱膨張性が弱まるか、正熱膨張性を有するようになることがわかった。本研究で得たこの知見を応用することによって、NASICON型構造の8面体配位に、dブロック元素ではなく、pブロック元素を置換すると、2次的Jahn-Teller効果により、ferroaxial相転移が起きると解釈できることも分かった。この機構を応用することによって、近年注目を浴びている、ferroaxial物質の設計指針として理論的に提唱した論文が出版された(T. Nagai, Y. Mochizuki, S. Yoshida, T. Kimura, J. Am. Chem. Soc. 145, 8090 (2023))。

Basic academic implications, industrial applications, interesting properties, negative thermal expansion (temperature rise accompanied by volume decrease), rare metals, toxic elements, and materials containing many examples were reported. Analysis of negative thermal expansion theory of NASICON type structure (KZr2P3O12, space group R-3c), sample synthesis, physical property measurement, analysis of negative thermal expansion theory of NASICON type structure (KZr2P3O12, space group R-3c), analysis of negative thermal expansion theory of NASICON type structure (KZr2P3O12, space group R-3c), analysis of negative thermal expansion theory of NASICON type structure (KZr2P3O12, space group R-3c), analysis of negative thermal expansion theory of NASICON type structure (KZr2P3O12, space group R-3c), sample synthesis, physical property measurement, analysis of negative thermal expansion theory of NASICON type structure (KZr2P3O12, space group R-3c), analysis of negative thermal expansion theory of negative thermal expansion theory of NASICON type structure (KZr2P3O12, space group R-3c, space group R-3c), analysis of negative thermal expansion theory of Zr4 + is the most important element in the space group R-3c. The structure is unstable. The resulting symmetry of R-3 is caused by phase shift. Negative thermal expansion is weak. Positive thermal expansion is weak. In this study, we have obtained the results of the octahedral coordination of the NASICON-type structure, the substitution of d and p elements, and the second-order Jahn-Teller effect. This paper was published in 1997. Nagai, Y. Mochizuki, S. Yoshida, T. Kimura, J. Am. Chem. Soc. 145, 8090 (2023))。