第３の固体状態「準結晶」の磁気特性の解明に光～高い相純度の実現ならびに組成の制御に成功～

2023-04-27

2023-04-27 東京理科大学,科学技術振興機構

ポイント

金（Ａｕ）・ガリウム（Ｇａ）・ジスプロシウム（Ｄｙ）の３種の元素からなる金属合金で、強磁性転移を示す単相の準結晶の合成に成功しました。合成した準結晶は組成を調整することも可能です。
Ａｕ系正二十面体準結晶における磁気特性は、１原子あたりの価電子数（フェルミエネルギーに対応）に依存することを、世界で初めて明らかにしました。
本研究成果は、より熱的安定性の高い磁性準結晶の合成につながり、さまざまな新奇な磁気秩序の実現に向けた重要な知見です。

東京理科大学先進工学部マテリアル創成工学科の田村隆治教授、竹内涼氏（２０２２年度修士課程修了）、ファリド・ラビブＰＤらの研究グループは、合金設計によりＡｕ－Ｇａ－Ｄｙ系において単相の準結晶が得られることを突き止めるとともに、合成した試料が強磁性転移を示すことを発見しました。

準結晶は１９８４年にイスラエルのダン・シェヒトマン博士によって初めて発見され、その発見に対して２０１１年にノーベル化学賞が贈られました。準結晶内では原子が規則的に配列した構造を形成していますが、その配列には周期性がないことが特徴です。そのため、結晶や非晶質とは異なる結晶構造を持っています。これまで、準結晶においてどのような電子やスピン状態が実現されるかよく分かっていませんでした。

今回、研究グループは、高い相純度を持つだけでなく、組成も調整可能な強磁性Ａｕ－Ｇａ－Ｄｙ系正二十面体準結晶の合成に成功しました。さらに、正二十面体準結晶では、１原子あたりの価電子数（フェルミエネルギーに対応）によって磁気特性が調整できることも示唆されました。これらの発見は、より熱的安定性の高い磁性準結晶、ひいては、磁性準結晶単結晶の合成へとつながると期待されます。

本研究成果は、２０２３年４月２６日（現地時間）に国際学術誌「ＰｈｙｓｉｃａｌＲｅｖｉｅｗＬｅｔｔｅｒｓ」にオンライン掲載されます。また、同誌が選ぶ特に重要な論文としてＥｄｉｔｏｒｓ’Ｓｕｇｇｅｓｔｉｏｎに選出されました。

本研究は、ＪＳＰＳ科学研究費助成事業「ハイパーマテリアル：補空間が創る新物質科学」（１９Ｈ０５８１７、１９Ｈ０５８１８、１９Ｈ０５８１９）、基盤（Ｂ）（２１Ｈ０１０４４）、ＪＳＴＣＲＥＳＴ「フェイゾンエンジニアリング：構造タイル組み換えに基づく新物質創製」（ＪＰＭＪＣＲ２２Ｏ３）の援助を受けて実施したものです。

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