Research Abstract
金属間電荷移動によって生じるBiNiO3の巨大負の熱膨張
負の熱膨張の特異な性質は、基礎科学的に興味深いだけでなく、熱膨張の値を零や任意の値に制御した複合材料の製造に応用できる可能性がある。
Colossal negative thermal expansion in BiNiO3 induced by intermetallic charge transfer
2011年6月14日 Nature Communications 2 : 347 doi: 10.1038/ncomms1361
負の熱膨張の特異な性質は、基礎科学的に興味深いだけでなく、熱膨張の値を零や任意の値に制御した複合材料の製造に応用できる可能性がある。本論文では、巨大負の熱膨張（約100 Kの温度範囲にわたって、線膨張係数の絶対値が10−4 K−1より大きいものとして定義される）が、電荷移動転移を示すペロブスカイト型酸化物で実現できることを報告する。BiNiO3は、Bi/Ni電荷移動によって、加圧時に2.6％の体積収縮を示す。Biを一部Laで置換すると、この電荷移動は常圧下の昇温でも起こるようになる。この際低温相と高温相が互いの分率を変化させながら共存するため、加熱に伴って滑らかな体積収縮が起こる。Bi0.95La0.05NiO3の結晶学的熱膨張係数は−137×10−6 K−1であり、焼結体試料の線膨張測定から、320 Kから380 Kの間で−82×10−6 K−1の値が観測されている。室温付近で動作する巨大負の熱膨張材料は、強誘電秩序などの他の現象によって駆動される金属絶縁体転移を通して実現できる可能性もある。
- 京都大学化学研究所
- エディンバラ大学（英国）
- 高輝度光科学研究センター
- 日本原子力研究開発機構
- 広島大学大学院理学研究科
- 東京大学大学院工学系研究科
-
ラザフォード・アップルトン研究所（英国）
*東京工業大学応用セラミックス研究所
The unusual property of negative thermal expansion is of fundamental interest and may be used to fabricate composites with zero or other controlled thermal expansion values. Here we report that colossal negative thermal expansion (defined as linear expansion 10−4 K−1 over a temperature range ~100 K) is accessible in perovskite oxides showing charge-transfer transitions. BiNiO3 shows a 2.6% volume reduction under pressure due to a Bi/Ni charge transfer that is shifted to ambient pressure through lanthanum substitution for Bi. Changing proportions of coexisting low- and high-temperature phases leads to smooth volume shrinkage on heating. The crystallographic linear expansion coefficient for Bi0.95La0.05NiO3 is −137×10−6 K−1 and a value of −82×10−6 K−1 is observed between 320 and 380 K from a dilatometric measurement on a ceramic pellet. Colossal negative thermal expansion materials operating at ambient conditions may also be accessible through metal-insulator transitions driven by other phenomena such as ferroelectric orders.
