高圧合成法を駆使した量子スピン軌道液体候補物質の開発

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研究計画にしたがって，今年度は第４族の遷移金属を含む化合物に着目し，高圧合成を実施した．まず，塩化ジルコニウム(III)ZrCl3の試料合成を試みた．Zrは4価が最安定であることから，塩化ジルコニウム(IV)ZrCl4が市販されており，ZrCl4と単体Zrを原料として用いた．高圧合成を行った試料に対して粉末X線回折実験を行ったところ，既存のZrとClの2元系では説明のできないピークが複数確認された．それらのピークのうちのいくつかは，ジルコニウム酸塩化物(ZrOCl2)のピーク位置とほぼ一致していた．そこで，原料に対して粉末X線回折を行ったところ，高圧合成後に見られたZrOCl2のピークと同じ位置にピークが見られることを確認した．つまり，高圧合成後の試料の回折像に見られたZrOCl2相は原料由来であると確認した．複数の試薬メーカーのZrCl4に対して調査したが，いずれにおいてもZrOCl2の存在が確認できた．これはX線回折実験を行うために，不活性ガスで満たされたグローブボックスからZrCl4を空気中に出した際に，瞬時に空気と反応して，ZrCl4からZrOCl2へと変化してしまったためと考えられる．高圧合成後の試料のX線回折像にはZrOCl2以外にも既存の物質では説明することのできないピークは存在しており，ハニカム相など新規の結晶構造を持つ相の存在は示唆されるものの，原料が瞬時にZrOCl2へと変化してしまうことは空気中では避けることができないため，その新規の相を単相で取り出すことは困難であると判断した．次に，ヨウ化ジルコニウムの高圧合成に取り組むために，単体のZrとヨウ素を真空封入して，石英管の中での合成を行った．その結果，わずかに未反応のジルコニウムが不純物相は存在するものの，1次元鎖構造を持つZrI3相が主相であることがわかった．