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論文

Valence control of charge and orbital frustrated system YbFe$$_{2}$$O$$_{4}$$ with electrochemical Li$$^{+}$$ intercalation

村瀬 知志*; 吉川 裕未*; 藤原 孝将*; 深田 幸正*; 寺西 貴志*; 狩野 旬*; 藤井 達生*; 稲田 康宏*; 片山 真祥*; 吉井 賢資; et al.

Journal of Physics and Chemistry of Solids, 162, p.110468_1 - 110468_6, 2022/03

https://doi.org/10.1016/j.jpcs.2021.110468
 被引用回数：0 パーセンタイル：0(Chemistry, Multidisciplinary)

混合原子価系YbFe$$_{2}$$O$$_{4}$$における原子価制御の可能性を検討するため、電荷化学的手法によりLi$$^{+}$$イオンの挿入を試みた。対象物質をLiイオンバッテリー類似のセル状にして実験を行い、Li$$^{+}$$の挿入による格子定数および原子間距離の系統的変化を観測した。イオンの挿入は、電荷量に換算し300mAh/g以上であった。放射光吸収分光による局所構造観測を行ったところ、Li$$^{+}$$はYb層とFe層の間に挿入されることが分かった。本測定からは、金属鉄の微粒子が析出することも示唆された。このため、Li$$^{+}$$の挿入による鉄イオンの原子価の系統的な変化は明瞭に観測されなかった。メスバウア分光法などからは、Li$$^{+}$$は空間的に不均一に挿入されることが示唆されたものの、本研究の結果は、YbFe$$_{2}$$O$$_{4}$$の原子価や物性が電気化学的手法によって制御できる可能性を示すものである。

論文

Magnetoelectric effect driven by magnetic domain modification in LuFe$$_{2}$$O$$_{4}$$

神戸 高志*; 深田 幸正*; 狩野 旬*; 永田 知子*; 岡崎 宏之*; 横谷 尚睦*; 脇本 秀一; 加倉井 和久; 池田 直*

Physical Review Letters, 110(11), p.117602_1 - 117602_5, 2013/03

https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.110.117602
 被引用回数：25 パーセンタイル：75.25(Physics, Multidisciplinary)

The magnetocapacitance effect was investigated using impedance spectroscopy on single crystals of LuFe$$_2$$O$$_4$$. The intrinsic impedance response could be separated from the interfacial response and showed a clear hysteresis loop below $$T_{rm Ferri} sim$$ 240 under the magnetic field. The neutron diffraction experiment under the magnetic field proves the origin of the dielectric property related to the motion of the nanosized ferromagnetic domain boundary. These results imply that the modification of the microscopic domain structure is responsible for the magnetoelectric effect in LuFe$$_2$$O$$_4$$.

論文

Exchange bias in multiferroic $$R$$Fe$$_{2}$$O$$_{4}$$ ($$R$$=Y, Er, Tm, Yb, Lu and In)

吉井 賢資; 池田 直*; 西畑 保雄; 真栄田 大介*; 福山 諒太*; 永田 知子*; 狩野 旬*; 神戸 高志*; 堀部 陽一*; 森 茂生*

Journal of the Physical Society of Japan, 81(3), p.033704_1 - 033704_4, 2012/03

https://doi.org/10.1143/JPSJ.81.033704
 被引用回数：10 パーセンタイル：55.37(Physics, Multidisciplinary)

磁性と誘電性が共存するマルチフェロイック$$R$$Fe$$_{2}$$O$$_{4}$$($$R$$=Y, Er, Tm, Yb, Lu and In)の交換バイアスを観測した。小さい$$R$$$$^{3+}$$イオンの場合($$R$$=Tm, Yb, Lu and In)、100-150K以下で交換バイアス磁場は1kOe以上の大きな値を示した。この性質は、強磁性的相互作用と反強磁性相互作用の競合に由来する磁気的グラス状態により発現する。交換バイアス磁場は、$$R$$$$^{3+}$$イオンを小さくすると大きくなる傾向を示した。すなわち、$$R$$サイト元素を置換することにより交換バイアスを制御できる可能性が示され、応用的にも興味深い結果が得られた。

論文

Magnetic and dielectric study of Bi$$_{2}$$CuO$$_{4}$$

吉井 賢資; 福田 竜生; 赤浜 裕士*; 狩野 旬*; 神戸 高志*; 池田 直*

Physica C, 471(21-22), p.766 - 769, 2011/11

https://doi.org/10.1016/j.physc.2011.05.049
 被引用回数：19 パーセンタイル：61.3(Physics, Applied)

ビスマス-銅複合酸化物Bi$$_{2}$$CuO$$_{4}$$は、高温超伝導体の母体物質R$$_{2}$$CuO$$_{4}$$(R:希土類)と化学式は同じであるが、結晶構造は異なることが知られている。前者はCuO$$_{2}$$面を有する2次元性が強い構造であるのに対し、本系は3次元的な結晶構造を持つ。本研究では、この系の磁性と誘電性について調べ、R$$_{2}$$CuO$$_{4}$$と比較した。磁化測定からは、Cu$$^{2+}$$スピンが40K付近で反強磁性転移することが観測され、既報と同様の結果であった。誘電率測定からは、室温近傍で100程度の誘電率が観測された。これはR$$_{2}$$CuO$$_{4}$$の誘電率10000程度より小さい。誘電応答の虚数部解析からは、誘電ドメインの回転の活性化エネルギーが0.1eV程度と求まった。このことから、この系の誘電応答はCu-3d電子の移動に由来するものと推測される。

論文

Multiferroic character and magnetic phase of LuFe$$_{2}$$O$$_{4}$$

大石 大輔*; 早川 弘毅*; 赤浜 裕士*; 池田 直*; 神戸 高志*; 松尾 祥史*; 君塚 昇*; 狩野 旬*; 吉井 賢資

Ferroelectrics, 415(1), p.51 - 56, 2011/10

https://doi.org/10.1080/00150193.2011.577371
 被引用回数：5 パーセンタイル：25.35(Materials Science, Multidisciplinary)

電子強誘電体LuFe$$_{2}$$O$$_{4}$$の酸素欠損が少ない単結晶に対し、外部磁場下での交流誘電率測定を行った。150K-300Kの範囲において、磁場印加により1パーセントほど誘電率が変化することが観測された。これは磁性と誘電性の結合を示す結果であり、応用的にも興味深い。磁場をスイープさせたところ、誘電率変化は磁化の磁場微分が最大となる磁場の付近で最も大きくなった。これは、誘電ドメインが磁気ドメインの動きに影響されることを意味する。この結果は、磁場による鉄スピンの再配列が鉄イオン間の電子移動に影響したため誘電性が変化したことによると考察した。

口頭

YbFe$$_{2-x}$$Mn$$_{x}$$O$$_{4}$$の電荷秩序構造と磁気・誘電特性,2

松本 圭祐*; 星山 卓也*; 大石 大輔*; 赤浜 裕士*; 吉井 賢資; 狩野 旬*; 花咲 徳亮*; 神戸 高志*; 池田 直*; 森 茂生*

no journal, , 

われわれのグループが発見した新規強誘電体RFe$$_{2}$$O$$_{4}$$(R:希土類元素)の性質を詳しく調べる目的で、FeサイトをMnに置換したYbFe$$_{2-x}$$Mn$$_{x}$$O$$_{4}$$を合成し、物性を調べた。電子線回折実験を行ったところ、x=0のYbFe$$_{2}$$O$$_{4}$$では室温でab面内3倍周期の鉄電荷秩序構造が観測された。これはこの系の強誘電性の起源となるものである。しかし、x=0.1の試料では、長距離の鉄電荷秩序は消失し、代わりに短距離秩序を示す散漫散乱パターンが観測された。すなわち、5%のMn少量置換により、長距離秩序構造が壊されることがわかった。講演では、この系の磁気・誘電特性と局所構造の相関及び詳細について報告する予定である。

口頭

Rare earth substitution effects in multiferroic RFe$$_{2}$$O$$_{4}$$ (R: rare earths)

吉井 賢資; 松村 大樹; 遠藤 成輝; 齋藤 寛之; 米田 安宏; 西畑 保雄; 船江 岳史*; 江尻 宏紀*; 狩野 旬*; 小林 達生*; et al.

no journal, , 

マルチフェロイックRFe$$_{2}$$O$$_{4}$$ (R: Y, Ho-Lu)の新規相を探索するために、Rサイトに大きい希土類を入れた系の探索を行った。固相反応法で作成した、10-20%程度の大きい(例えばDy$$^{3+}$$)希土類が入った試料のX線回折パターンからは、試料は単相であった。これを確かめるため、SPring-8の原子力機構ビームラインBL14B1にて、放射光吸収分光によるEXAFS測定を行ったところ、置換した希土類はRFe$$_{2}$$O$$_{4}$$のRサイトに入っていることを確認した。磁化測定からは、磁気転移温度が220-250K付近であることを観測した。

口頭

Valence control of charge and orbital frustrated system YbFe$$_{2}$$O$$_{4}$$ with electrochemical Li$$^{+}$$ intercalation

村瀬 知志*; 吉川 裕未*; 深田 幸正*; 池田 直*; 寺西 貴志*; 狩野 旬*; 藤井 達生*; 辻 卓也; 吉井 賢資

no journal, , 

We have investigated the electrochemical intercalation of Li$$^{+}$$ ions in electronic ferroelectric YbFe$$_{2}$$O$$_{4}$$, in which the ferroelectriciry is owing to the charge ordering of equimolar Fe$$^{2+}$$ and Fe$$^{3+}$$ on a triangular lattice. The main aim of this study is to control the ratio of Fe$$^{2+}$$/Fe$$^{2+}$$ ratio because the ratio should effect the interaction of iron ions and the appearance of a possible new electronic phase. X-ray absorption measurements at Fe K-edge showed that Fe$$^{3+}$$ is reduced completely to Fe$$^{2+}$$ by the Li$$^{+}$$ intercalation of about 100 mAh/g. With the increase of Li$$^{+}$$ amount, the X-ray diffraction showed the lattice expansion by the coulomb repulsion of Li$$^{+}$$. We also report the variation of fundamental properties such as magnetic, dielectric and electric conduction in accordance with the ratio control of Fe$$^{3}$$+ and Fe$$^{2+}$$.

口頭

炭素プラズマによるカーボンナノウォールの高速合成

金田 美優*; 森 みなみ*; 高橋 勝國*; 深田 幸正; 吉井 賢資; 池田 直*; 狩野 旬*; 藤井 達生*

no journal, , 

カーボンナノチューブやカーボンナノウォール(CNW)等のカーボンナノ構造体が発見されて以降、それらの特徴を生かした応用が模索されている。CNWはグラフェンシートが重なり基板に対して垂直に成長した壁構造を形成している。特徴として、高い比表面積、良好な導電性、化学的安定性を有し、大容量電池や超高速半導体などへの応用が期待される。その一方でこれまでのCNWの合成には、炭素源としてCH$$_4$$などの環境負荷の高いガスが必要であり、合成装置も高額であった。本講演は安価なCNWの合成方法の開発とCNWに異種元素をドープした研究について報告する。本研究では異種元素として窒素(ドナー)やボロン(アクセプタ)のドープを試みた。窒素ドープCNWはN$$_2$$雰囲気中で活性炭とSi基板をプラズマ中に、ボロンドープCNWはB$$_4$$C粉末と活性炭の混合物とSi基板をプラズマ中に置くことで合成できる。これらのサンプルはXPS測定によりNやBをドープできていることを確認した。Si基板上のBドープCNWの電流電圧測定を行ったところ、順方向に0.2V程度の電圧降下が観測され半導体的な特性を確認した。

口頭

High-speed synthesis of carbon nano-wall by carbon plasma

金田 美優*; 森 みなみ*; 高橋 勝國*; 深田 幸正; 吉井 賢資; 池田 直*; 狩野 旬*; 藤井 達生*

no journal, , 

カーボンナノウォール(CNW)は基板に対して垂直方向に成長したグラフェンから構成される。グラフェンが積層することで数ナノメートルの厚みをもつ壁状の構造となる。我々は2017年にマイクロ波と固体炭素源を用いた簡便なCNWの合成方法を報告した。本講演ではCNWに窒素またはボロンドープを行うために改良した合成方法を報告する。窒素ドープは窒素ガス雰囲気下で、ボロンドープは炭化ホウ素を原料として用いることで合成した。ドープされたCNWはシリコン基板上に合成された。窒素やボロンは炭素のCNWを構成する炭素と置換され、それぞれ電子のドナーやホールとして振舞うことが期待される。ドープされたCNWはキルン式のプラズマ炉においてシリコン基板上に合成された。プラズマを発生させるために2.4GHzのマイクロ波が使用された。500Wのマイクロ波照射時に白色発光が観測された。エックス線光電子分光(XPS)法を用いてCNWの構成成分を系統的に調べた。加えて、電流電圧特性において、ボロンドープCNWは0.2Vの順方向電圧が観測され、半導体特性を示すことが分かった。

口頭

カーボンナノウォール合成における電場の効果と応用研究

金田 美優*; 森 みなみ*; 高橋 勝國*; 深田 幸正; 吉井 賢資; 福田 竜生; 吉越 章隆; 小畠 雅明; 池田 直*; 狩野 旬*; et al.

no journal, , 

カーボンナノチューブ(CNT)やグラフェン(GP)などの新しい炭素素材は、高強度、高電気伝導、高伝熱特性などの優れた性質を有しており、現在、産業応用のためにこれらを大量安価に製造する技術開発が盛んに行われている。特に、普遍的で安価な原料や低エネルギーコスト装置を用い、単位時間における生産量が高い技術の開発が必須となっている。申請者らの先行研究においては、電子レンジの2.4GHz電磁波を用いるプラズマ発生装置を開発した。この装置において、低圧Arガスプラズマにより固体炭素から炭素プラズマを誘起し、その再配列によってカーボンナノウォール(CNW)を高速に形成する技術を発見・解明してきた。CNWは、数層から数十層の多層グラフェンが基板に垂直に成長する2次元炭素材料であり、広い比表面積などの特徴を有する。本発表では、電磁波源を改良したロータリーキルン炉方式を用いた場合の、CNW合成における電場印加の効果および、CNWに異種元素をドープした研究について報告する。合成された試料に対して、電子顕微鏡や放射光高電子分光などによる分析を行った。詳細は当日報告する。

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