二次元ホウ素-炭素ネットワークを有する金属ボロカーバイドの電子状態と物性

グラファイト及びその層間化合物は様々な機能性材料として有用であり、グラファイトにかわる新しいπ電子系を創出することは新機能性材料開発において極めて重要である。本研究は、ホウ素と炭素からなるグラファイト類似二次元ネットワーク有する金属ボロカーバイドRB_2C_2、RB_2C(R:アルカリ土類、希土類)を合成し、その電子状態を明らかにすることを目的とした。本年度はまず、2次元ネットワークの結晶構造を明らかにするために、Cambridge大学と共同して粉末中性子回折の実験を行った。この結果、ホウ素一炭素ネットワークの2次元構造はB、Cが交互に結合した4員環と8員環からなることが明らかになった。また、TbB_2C_2,DyB_2C_2,HoB_2C_2,BrB_2C_2の4種の物質の中性子回折を行い、昨年度明らかにした磁気相転移温度以下で磁気散乱を観測した。なおこれらの化合物の磁気構造は現在解析中である。一方、単結晶育成用アーク溶解炉を用いて単結晶育成を試み、LaB_2C_2およびCeB_2C_2の純良単結晶を得た。電気抵抗測定からこれらの単結晶体の電気抵抗率は極めて小さいことが明らかになった。LaB_2C_2の単結晶体について、50mK、18Tの極低温、高磁場下での磁化の測定を、科学技術庁金属材料研究所と共同で行い、ドハース・ファン・アルフェン振動を観測した。この磁化の量子振動から、この物質は大きな3次元的なホールフェルミ面とポケット状電子フェルミ面を有することが明らかになった。中性子回折により明らかにした結晶構造をもとにして現在バンド計算をしており、フェルミ面形状を理論的に解析中である。この物質群については理論計算、構造解析、物性測定の全て研究を通して全容が明らかになりつつある。

グラファイト及びその層間化合物は様々な機能性材料として有用であり、グラファイトにかわる新しいπ電子系を創出することは新機能性材料開発において極めて重要である。本研究は、ホウ素と炭素からなるグラファイト類似二次元ネットワーク有する金属ボロカーバイドRB_2C_2、RB_2C(R:アルカリ土類、希土類)を合成し、その電子状態を明らかにすることを目的とした。本年度はまず、2次元ネットワークの結晶構造を明らかにするために、Cambridge大学と共同して粉末中性子回折の実験を行った。この結果、ホウ素一炭素ネットワークの2次元構造はB、Cが交互に結合した4員環と8員環からなることが明らかになった。また、TbB_2C_2,DyB_2C_2,HoB_2C_2,BrB_2C_2の4種の物質の中性子回折を行い、昨年度明らかにした磁気相転移温度以下で磁気散乱を観測した。なおこれらの化合物の磁気構造は現在解析中である。一方、単結晶育成用アーク溶解炉を用いて単結晶育成を試み、LaB_2C_2およびCeB_2C_2の純良単結晶を得た。電気抵抗測定からこれらの単結晶体の電気抵抗率は極めて小さいことが明らかになった。LaB_2C_2の単結晶体について、50mK、18Tの極低温、高磁場下での磁化の測定を、科学技術庁金属材料研究所と共同で行い、ドハース・ファン・アルフェン振動を観測した。この磁化の量子振動から、この物質は大きな3次元的なホールフェルミ面とポケット状電子フェルミ面を有することが明らかになった。中性子回折により明らかにした結晶構造をもとにして現在バンド計算をしており、フェルミ面形状を理論的に解析中である。この物質群については理論計算、構造解析、物性測定の全て研究を通して全容が明らかになりつつある。