2025年度の論文紹介
第1回(4/14):田中 康仁(M1)
Room-temperature long-range ferromagnetic order in a confined molecular monolayerYuhua Liu et al., Nat. Phys. 20, 281 (2024).
近年、スピン秩序現象の研究は、有機–無機結晶における分子間交換相互作用を含むように広がり、従来の原子間相互作用の焦点を超えています。しかし強磁性にとって、秩序格子を通して平行スピン配列を安定化するために結晶化されたフレームワークは不可欠です。ここでは、2次元である閉じ込められた分子の単層で室温での強磁性秩序を示します。ファンデルワールス物質であるSnS2の層間に分子を閉じ込めることにより、コバルトセン分子はハニカムのような構成を持つ単層に自己組織化することができます。自発的な均一なスピン配向、つまり強磁性結合は、閉じ込められたコバルトセン単層における協力的な動的ヤーン–テラー効果を伴う分子間振電超交換相互作用によって確立されます。コバルトセン単層は、室温を超える温度で強磁性転移温度を示し、大きな飽和磁化を持っています。この研究より、強磁性体のメカニズムの理解と低次元強磁性体の探索を促進させることが期待できます。
第2回(4/28):横島亘(M1)
2D to 3D Magnetism in Synthetic MicasJosé Luis Rosas-Huerta et al., Advanced Science, 11 2408266 (2024).
鉄を含む雲母鉱物（Feベースの雲母鉱物）は通常、相反する2つの磁気基底状態を示します。すなわち、スピングラスとして振る舞う場合と、層状のフェリ磁性体として振る舞う場合があります。この二重性を説明する明確な理由はこれまで提案されていませんでした。この難題は、合成雲母 KFe3[MGe3]O10X2（M＝FeおよびGa、X＝OH-およびF-）を比較することによって解明されます。中性子回折によって、KFe3[FeGe3]O10(OH)2 では2次元から3次元への磁気転移が観測されましたが、M＝FeおよびGa のフッ化物では磁気秩序の兆候がわずかにあるか、全く見られませんでした。この3次元転移は、層内の四面体部位に鉄が存在することによって引き起こされます。 また、DFT+U計算により、従来は磁気的だと考えられていた八面体層同士の磁気交換相互作用は、この層内の鉄がなければフラストレーション（競合）を起こすことが示されました。
第3回(5/19):上徳帝耀(M1)
Mechanochemical Synthesis of Perovskite Oxyhydrides: Insights from Shear ModulusYuki Sasahara, et al., J. Am. Chem. Soc. 146, 11694 (2024).
ペロブスカイト型酸水素化物は、イオン伝導性や触媒活性といった興味深い特性から近年注目を集めているが、ペロブスカイト型酸窒化物や酸フッ化物と比較すると、そのレパートリーは依然として限られている。従来、ペロブスカイト型酸水素化物は主にトポケミカル反応や高圧（HP）反応によって合成されてきたが、本研究ではメカノケミカル（MC）アプローチを採用し、HP合成では得られない許容係数（t）が1よりはるかに小さいもの（例えば、t = 0.936のSrScO2H）を含む一連のABO2H型オキシヒドリドの合成を可能にした。比較分析により、MC反応の実現可能性と出発物質（二元酸化物および水素化物）の（計算された）剪断弾性率との間に相関関係があることが明らかになった。本研究は、MC合成が、様々な構造タイプの酸水素化物の組成空間を拡大するだけでなく、他の化合物の合成における出発物質の選択の指針を提供するというユニークな機会を提供することを示す。
第4回(6/09):吉良春希(M2)
Structure-Directing Lone Pairs: Synthesis and Structural Characterization of SnTiO3Leo Diehl, et al., Chem. Mater. 30, 8932–8938 (2018)
SnTiO3は、低温低圧で初めてバルク合成に成功した。STEMおよびリートベルト解析により、SnTiO3は典型的なイルメナイト型構造に類似した構造をとることが示され、TiO6八面体がハニカム格子を形成し、その上下にSn2+層が配置していることが予想された。個々の層の間にファンデルワールスギャップが形成されることにより、異なる積層順序の結晶がほぼ同じエネルギーを持つため、SnTiO3は複数の積層秩序および対称性を形成する。これらは系統的なDIFFaXシミュレーションによって記述されている。この構造はスズの非共有電子対によって支配されており、これが層の積層やEELSおよび固体NMRで観察される局所的な歪みに影響を与え、幅広い応用可能性をもたらすと考えられる。
第5回(6/16):庄子公基(M1)
Jeff = 1/2 Hyperoctagon Lattice in Cobalt Oxalate Metal-Organic FrameworkHajime Ishikawa, et al., Phys. Rev. Lett. 132, 156702 (2024)
ハイパーオクタゴン格子を特徴とするコバルトシュウ酸金属有機構造体の磁気的性質を報告する。熱力学的測定により、高スピンCo2+（3d7）イオンにおける有効全角運動量状態Jeff ?= 1/2の存在と、ゼロ磁場における二段階の磁気転移およびそれに対応する二段階のエントロピー放出が明らかとなった。また、13C-NMR測定により、中間温度相において内部磁場が存在しないことが示された。完全な磁化飽和が約40 Tで達成されるまでに、複数の磁場誘起相が観測された。 このユニークなコバルトシュウ酸ネットワークは、Kitaev相互作用、結合フラストレーション効果の一方または両方を生じさせ、ハイパーオクタゴン格子におけるフラストレート磁性の非従来的なプラットフォームを提供していると考えられる。
第6回(6/30):金貴美愛(M2)
Quantifying the regime of thermodynamic control for solid-state reactions during ternary metal oxide synthesisNathan J. Szymanski, et al., Science Advances 10, eadp3309, (2024)
固体合成の成功は大抵の場合、反応の初期形成相（反応中間体）にかかっている。最近の研究では、反応エネルギーが大きい場合、反応物の化学量論に関わらずに初期形成相は熱力学的に優位な相が選択されることが示唆されている。本研究では、37組の反応についてin situ特性評価を実施することで、この原理を検証し、その熱力学的制御下にある反応を定量化を試みた。結果、固体反応において、反応駆動力|ΔG|が他の新万博体育_万博体育官网-【官方授权牌照】の競合相の駆動力を60 meV/atom上回る場合には熱力学的に優位な相が最初に形成されると予測できることを示した。対照的に、複数の相が同程度の反応駆動力を持つ場合、初期形成相は速度論的因子によって決定されることが多くなる。Materials Projectデータの分析により、考慮した反応のうち全体の約15%が熱力学的制御の範囲内にあることが示され、第一原理から合成経路を予測できる可能性を示した。