異常高原子価イオンを含む酸化物の新物質合成と機能探索

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本研究は、「異常高原子価イオンを含む酸化物の新物質合成と機能探索」というテーマで遂行された。本研究の目的は、高圧合成法により異常高原子価イオンを含むペロブスカイト構造酸化物を合成し、それらの構造や物性を詳細に解明することである。高温高圧の合成条件では、通常の条件下では安定に得ることが難しい結晶構造や電子状態を準安定相として得ることができることが利点である。酸素八面体が頂点共有したSrFeO3と、面共有したSrNiO3の固溶体に注目し、新規ペロブスカイト構造酸化物SrFe1-xNixO3の合成を行った。この物質は高圧力の酸化雰囲気で合成を行った。得られた試料 (x = 0.5)は粉末X線回折、中性子回折、メスバウアー分光測定から、異常高原子価のFe4+、Ni4+を含む新規ペロブスカイト構造化合物であることが分かった。SrFeO3は135 K以下においてヘリカル磁性を示すが、FeサイトをNi置換することにより室温以上に転移点を持つ強磁性が発現した。これまでの報告例ではNi4+は六方晶ペロブスカイト構造において安定化されており、低スピンの非磁性状態であった。しかし本研究で合成したSrFe0.6Ni0.4O3の磁気円二色性分光測定を行った結果、Ni4+の磁気モーメントが見られ、Sum ruleから求めたモーメントの大きさは1.26 B/atomであった。このNi4+の磁気モーメントとFe4+の磁気モーメントの強磁性的な相互作用は、低温での飽和磁化の大きさや、中性子回折での磁気散乱も説明することができる。本研究では、高圧合成法を用いることによって、常圧では合成の難しい新規化合物を合成し、その結晶構造、物性を明らかにした。