植物の細胞壁を作り変える新機構を解明 ~収穫に適した形態や乾燥ストレス耐性向上など植物の改良に新たな道~

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2025-03-06 京都大学

植物の細胞壁を作り変える新機構を解明 ~収穫に適した形態や乾燥ストレス耐性向上など植物の改良に新たな道~
BiNiO3の高圧・低温でのBi3+/Bi5+電荷グラス転移と、高圧・高温での負熱膨張を伴うBi-Ni間電荷移動のイメージ

京都大学の研究グループは、ペロブスカイト型酸化物であるニッケル酸ビスマス(BiNiO₃)を低温下で加圧すると、ビスマスイオン(Bi³⁺とBi⁵⁺)の秩序配列が消失し、電荷グラス状態(電荷非晶質化)になることを発見しました。さらに、この電荷グラス状態を加熱すると、負の熱膨張(加熱により物質が収縮する現象)が観察されました。これらの成果は、熱膨張問題を解決する新たな負熱膨張材料の開発につながる可能性があります。

<関連情報>

BiNiO 3における圧力誘起電荷非晶質化 Pressure-induced charge amorphisation in BiNiO3

Wei-tin Chen, Takumi Nishikubo, Yuki Sakai, Hena Das, Masayuki Fukuda, Zhao Pan, Naoki Ishimatsu, Masaichiro Mizumaki, Nomi Kawamura, Saori I. Kawaguchi, Olga Smirnova, Mathew G. Tucker, Tetsu Watanuki, Akihiko Machida, Shigehiro Takajo, Yoshiya Uwatoko, Yuichi Shimakawa, Mikio Takano, Masaki Azuma & J. Paul Attfield
Nature Communications volume 16, Article number: 2128 (2025) Cite this article

図1

Abstract

The order or disorder of electrons is fundamental to materials properties and also provides simple analogues to the different states of matter. A charge ordered (CO) insulating state, analogous to a crystalline solid, is observed in many mixed valence materials. On heating, this melts to a charge liquid (metallic) phase, often with interesting associated physics and functions such as the Verwey transition of Fe3O4, colossal magnetoresistances in manganites (e.g., La0.5Ca0.5MnO3), and superconductivity in K-doped BaBiO3. Here we report the observation of pressure induced charge amorphisation in a crystalline material. BiNiO3 has charge distribution Bi3+0.5Bi5+0.5Ni2+O3 with long range order of the Bi3+ and Bi5+ states at ambient pressure, but adopts another, structurally crystalline, but charge glassy, insulating phase at pressures of 4–5 GPa and temperatures below 200 K, before metallization above 6 GPa. This is analogous to the much-studied pressure induced amorphisations of many crystalline materials and melting is even observed at accessible pressure/temperature. BiNiO3 provides fundamental insights to the study of amorphisation using charge states rather than atoms or molecules.

1700応用理学一般
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