新素材:LMUの研究者が有望な窒化物化合物の合成経路を発見(New materials: Synthetic pathway for promising nitride compounds discovered)

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2024-06-25 ミュンヘン大学(LMU)

Ruddlesden-Popper化合物は特有の層状構造を持ち、多くの応用が期待される材料です。しかし、これまで窒化物は製造されていませんでした。LMUのSimon Kloß博士率いる研究チームは、Nature Chemistry誌で、特別な合成経路を開発し、Ruddlesden-Popper窒化物の製造に成功したと報告しています。窒素分子の安定性が課題でしたが、圧力8ギガパスカルの極限条件下でナトリウムアジドを活用し合成を行いました。研究チームはセリウム-タンタル窒化物(Ce2TaN4)やプラセオジム-レニウム窒化物(Ln2ReN4)などを合成し、それらが多様な構造的、電子的、磁気的特性を示すことを確認しました。この方法で新たなRuddlesden-Popper窒化物の探索が進むと期待されています。

<関連情報>

ラドレスデン-ポッパー窒化物の高圧合成に成功 High-pressure synthesis of Ruddlesden–Popper nitrides

M. Weidemann,D. Werhahn,C. Mayer,S. Kläger,C. Ritter,P. Manuel,J. P. Attfield &Simon D. Kloß
Nature Chemistry  Published:25 June 2024
DOI:https://doi.org/10.1038/s41557-024-01558-1

Abstract

Layered perovskites with Ruddlesden–Popper-type structures are fundamentally important for low-dimensional properties, for example, photovoltaic hybrid iodides and superconducting copper oxides. Many such halides and oxides are known, but analogous nitrides are difficult to stabilize due to the high cation oxidation states required to balance the anion charges. Here we report the high-pressure synthesis of three single-layer Ruddlesden–Popper (K2NiF4 type) nitrides—Pr2ReN4, Nd2ReN4 and Ce2TaN4—along with their structural characterization and properties. The R2ReN4 materials (R = Pr and Nd) are metallic, and Nd2ReN4 has a ferromagnetic Nd3+ spin order below 15 K. Thermal decomposition gives R2ReN3 with a Peierls-type distortion and chains of Re–Re multiply bonded dimers. Ce2TaN4 has a structural transition driven by octahedral tilting, with local distortions and canted magnetic Ce3+ order evidencing two-dimensional Ce3+/Ce4+ charge ordering correlations. Our work demonstrates that Ruddlesden–Popper nitrides with varied structural, electronic and magnetic properties can be prepared from high-pressure synthesis, opening the door to related layered nitride materials.

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