JP2003002652A - 磁性クラスレート化合物及びその製造方法 - Google Patents
磁性クラスレート化合物及びその製造方法Info
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 磁性金属元素をIV族クラスレートに導入し、
物性の多様性、材料設計制御の高精度性を図ることがで
きる磁性クラスレート化合物及びその製造方法を提供す
る。 【解決手段】 ＧｅのタイプＩのクラスレート化合物に
ｄ−ブロック元素としてＭｎを導入した化合物を合成し
た。これらの化合物群においては、磁性電子スピンと伝
導電子が相互作用することにより、種々の電子状態が非
線型的に変化する電子状態の変化が得られる。また、伝
導電子の量をＣｕを用いて僅かに変化させることによ
り、室温付近まで磁場誘起の強磁性特性が存在する物性
を示すことがわかった。
物性の多様性、材料設計制御の高精度性を図ることがで
きる磁性クラスレート化合物及びその製造方法を提供す
る。 【解決手段】 ＧｅのタイプＩのクラスレート化合物に
ｄ−ブロック元素としてＭｎを導入した化合物を合成し
た。これらの化合物群においては、磁性電子スピンと伝
導電子が相互作用することにより、種々の電子状態が非
線型的に変化する電子状態の変化が得られる。また、伝
導電子の量をＣｕを用いて僅かに変化させることによ
り、室温付近まで磁場誘起の強磁性特性が存在する物性
を示すことがわかった。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、エレクトロニクス
産業上の利用分野に関するものであり、高性能デバイス
を作るための半導体、金属、絶縁体素材として使用され
るＭｎを含む磁性クラスレート化合物及びその製造方法
に関するものである。
産業上の利用分野に関するものであり、高性能デバイス
を作るための半導体、金属、絶縁体素材として使用され
るＭｎを含む磁性クラスレート化合物及びその製造方法
に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】現在、コンピュータ技術を支える半導体
素子（演算論理回路素子、記憶素子、光電変換素子な
ど）および光通信技術を担っているレーザー素子は、シ
リコン、ゲルマニウム、ガリウム砒素などの III−Ｖ族
化合物半導体、および硫化亜鉛などのII−VI族化合物半
導体を利用して作られている。そして、かかる素子の性
能は、主に素子のＬＳＩ化による微細化技術の進歩と共
に進展してきた。
素子（演算論理回路素子、記憶素子、光電変換素子な
ど）および光通信技術を担っているレーザー素子は、シ
リコン、ゲルマニウム、ガリウム砒素などの III−Ｖ族
化合物半導体、および硫化亜鉛などのII−VI族化合物半
導体を利用して作られている。そして、かかる素子の性
能は、主に素子のＬＳＩ化による微細化技術の進歩と共
に進展してきた。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、今後は
微細化による性能向上はあまり期待できず、素子性能
は、素子を構成する素材の基本的性能により規定される
度合いがより一層強くなってきている。
微細化による性能向上はあまり期待できず、素子性能
は、素子を構成する素材の基本的性能により規定される
度合いがより一層強くなってきている。
【０００４】従って、エレクトロニクスの更なる発展を
考えると、従来の電子材料素材とは大きく異なる物性を
示す新素材の開発が望まれている。
考えると、従来の電子材料素材とは大きく異なる物性を
示す新素材の開発が望まれている。
【０００５】このような材料側からのブレークスルーを
見出す１つの考えとして、自然に作り出されるナノ構造
クラスタ／クラスレート物質（化合物）を用いることが
挙げられる。
見出す１つの考えとして、自然に作り出されるナノ構造
クラスタ／クラスレート物質（化合物）を用いることが
挙げられる。
【０００６】クラスタ／クラスレート物質では、物質を
構成する元素間の結合様式が従来の物質とは大きく異な
るため、高周波フォノンなどを介した超伝導性や磁性の
制御が可能である。また、欠陥の数をクラスタ／クラス
レート構造の完全性により軽減できるため、物質のもつ
基本性能を大きく向上させることができる。
構成する元素間の結合様式が従来の物質とは大きく異な
るため、高周波フォノンなどを介した超伝導性や磁性の
制御が可能である。また、欠陥の数をクラスタ／クラス
レート構造の完全性により軽減できるため、物質のもつ
基本性能を大きく向上させることができる。
【０００７】IV族のＳｉ及びＧｅ元素に関係したクラス
タ／クラスレートの例としては、これまでシリコンにお
いて、ある条件の下では、アルカリ金属元素が導入され
た特異な形状の構造を単位とした結晶（シリコンクラス
レート）を形成することが知られていた。（例えば、ク
ロス等、ジャーナル オブ ソリッド ステート ケミ
ストリー、２巻、５７０ページ、１９７０年）。
タ／クラスレートの例としては、これまでシリコンにお
いて、ある条件の下では、アルカリ金属元素が導入され
た特異な形状の構造を単位とした結晶（シリコンクラス
レート）を形成することが知られていた。（例えば、ク
ロス等、ジャーナル オブ ソリッド ステート ケミ
ストリー、２巻、５７０ページ、１９７０年）。
【０００８】しかし、この化合物は、アルカリ金属元素
だけがシリコンクラスレート物質を構成するかご構造を
有するＭ２０およびＭ２４（ここでＭはＳｉを表す）の
かご中に内包される形のものであり、得られる化合物の
電子物性は、アルカリ金属元素の導入量を制御すること
で半導体から金属物性までキャリアの導入量に依存して
変化させることはできるが、主な電子物性はクラスレー
トのネットワーク構造でほぼ完全に決定されてしまう。
だけがシリコンクラスレート物質を構成するかご構造を
有するＭ２０およびＭ２４（ここでＭはＳｉを表す）の
かご中に内包される形のものであり、得られる化合物の
電子物性は、アルカリ金属元素の導入量を制御すること
で半導体から金属物性までキャリアの導入量に依存して
変化させることはできるが、主な電子物性はクラスレー
トのネットワーク構造でほぼ完全に決定されてしまう。
【０００９】従って、制御された物性の多様性を十分に
利用できる可能性は少なく、エレクトロニクスの分野で
広く活用されることは望めなかった。このため、ナノ構
造を制御できる有望な材料系であるにも係わらず、これ
らの報告が行われて以来２０年以上を経過しても、その
材料の進展には大きな変化は期待できなかった。
利用できる可能性は少なく、エレクトロニクスの分野で
広く活用されることは望めなかった。このため、ナノ構
造を制御できる有望な材料系であるにも係わらず、これ
らの報告が行われて以来２０年以上を経過しても、その
材料の進展には大きな変化は期待できなかった。
【００１０】ところが、最近、Ｓｉ20クラスタ内部に内
包されるアルカリ金属元素であるＮａおよびＫ以外に
も、アルカリ土類元素であるＢａがＳｉ24クラスタ内部
に内包されたＮａ2 Ｂａ6 Ｓｉ46を合成できることが報
告された。（山中等、フラーレン サイエンス アンド
テクノロジー、３巻、２１ページ、１９９５年）。ま
た、高圧下では、Ｂａ8 Ｓｉ46が合成できることも最近
報告されている。しかも、これらＢａを導入した材料で
は金属化および超伝導性が発現している。
包されるアルカリ金属元素であるＮａおよびＫ以外に
も、アルカリ土類元素であるＢａがＳｉ24クラスタ内部
に内包されたＮａ2 Ｂａ6 Ｓｉ46を合成できることが報
告された。（山中等、フラーレン サイエンス アンド
テクノロジー、３巻、２１ページ、１９９５年）。ま
た、高圧下では、Ｂａ8 Ｓｉ46が合成できることも最近
報告されている。しかも、これらＢａを導入した材料で
は金属化および超伝導性が発現している。
【００１１】通常のＳｉなどの固体では、ドーピングを
施した場合でも超伝導などの特殊な物性は発現しない。
従って、この超伝導性は、クラスタという特有な構造の
ために発現したものである。この結果は、これらのクラ
スタにおいてＢａやＮａなどの元素を含有させることに
よって、物性の多様性を発現させることができることを
示唆しているものである。
施した場合でも超伝導などの特殊な物性は発現しない。
従って、この超伝導性は、クラスタという特有な構造の
ために発現したものである。この結果は、これらのクラ
スタにおいてＢａやＮａなどの元素を含有させることに
よって、物性の多様性を発現させることができることを
示唆しているものである。
【００１２】上記のようなアルカリ土類元素を導入する
ことによる物性の変化は、これらの元素のｄ軌道とＳｉ
46クラスレートの価電子帯を形成する軌道とが混成し、
その結果得られるナノ結晶の電子状態を大きく変化させ
ることによると考えられている。
ことによる物性の変化は、これらの元素のｄ軌道とＳｉ
46クラスレートの価電子帯を形成する軌道とが混成し、
その結果得られるナノ結晶の電子状態を大きく変化させ
ることによると考えられている。
【００１３】この事実は、本ナノ材料をエレクトロニク
ス分野で応用する可能性があることを示したものとして
注目される。従って、この特性は、先に述べたように、
アルカリ土類元素の導入で生じるバンド構造の変化によ
って発現したものと解釈されている。
ス分野で応用する可能性があることを示したものとして
注目される。従って、この特性は、先に述べたように、
アルカリ土類元素の導入で生じるバンド構造の変化によ
って発現したものと解釈されている。
【００１４】本発明は、上記状況に鑑みて、IV族クラス
レート物質に種々の電子機能を付け加えて広くエレクト
ロニクスの分野で活用するために、Ｂａだけでなく、他
の種々の元素、特に、磁性金属元素をIV族クラスレート
に導入し、物性の多様化、材料設計制御の高精度化を図
ることができる磁性クラスレート化合物及びその製造方
法を提供することを目的とする。
レート物質に種々の電子機能を付け加えて広くエレクト
ロニクスの分野で活用するために、Ｂａだけでなく、他
の種々の元素、特に、磁性金属元素をIV族クラスレート
に導入し、物性の多様化、材料設計制御の高精度化を図
ることができる磁性クラスレート化合物及びその製造方
法を提供することを目的とする。
【００１５】
【課題を解決するための手段】本発明は、上記目的を達
成するために、 〔１〕構成単位がゲルマニウム元素のクラスタであるＧ
ｅ20とＧｅ24から構成されるクラスレート化合物であっ
て、Ｂａ、Ｍｎ、Ｃｕをドーパント元素として用いて構
成される、Ｂａx Ｍｎy Ｇｅ46-zで表されることを特徴
とする。
成するために、 〔１〕構成単位がゲルマニウム元素のクラスタであるＧ
ｅ20とＧｅ24から構成されるクラスレート化合物であっ
て、Ｂａ、Ｍｎ、Ｃｕをドーパント元素として用いて構
成される、Ｂａx Ｍｎy Ｇｅ46-zで表されることを特徴
とする。
【００１６】〔２〕構成単位がゲルマニウム元素のクラ
スタであるＧｅ20とＧｅ24から構成されるクラスレート
化合物の製造方法において、Ｂａ、Ｍｎ、Ｃｕをドーパ
ント元素として用いるとともに、Ｂａ、Ｍｎ、Ｇｅを所
望の量的関係で混合し、高周波加熱することによりＢａ
x Ｍｎy Ｇｅ46-zで表されるクラスレート化合物を製造
することを特徴とする。
スタであるＧｅ20とＧｅ24から構成されるクラスレート
化合物の製造方法において、Ｂａ、Ｍｎ、Ｃｕをドーパ
ント元素として用いるとともに、Ｂａ、Ｍｎ、Ｇｅを所
望の量的関係で混合し、高周波加熱することによりＢａ
x Ｍｎy Ｇｅ46-zで表されるクラスレート化合物を製造
することを特徴とする。
【００１７】〔３〕上記〔２〕記載のクラスレート化合
物の製造方法において、前記高周波加熱は、不活性雰囲
気下で溶融加熱することを特徴とする。
物の製造方法において、前記高周波加熱は、不活性雰囲
気下で溶融加熱することを特徴とする。
【００１８】〔４〕上記〔２〕又は〔３〕記載のクラス
レート化合物の製造方法において、アルゴンプラズマで
再加熱処理することで均一性を上げることを特徴とす
る。
レート化合物の製造方法において、アルゴンプラズマで
再加熱処理することで均一性を上げることを特徴とす
る。
【００１９】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て詳細に説明する。
て詳細に説明する。
【００２０】本発明は、Ｇｅの１２面体（Ｇｅ20）なら
びに１４面体（Ｇｅ24）から構成されるクラスレート化
合物（タイプＩ）に磁性元素としてＭｎを結晶格子に組
み込み、Ｂａから供給される伝導電子の量を別の結晶サ
イトに導入されたＣｕを用いて制御すると、磁場誘起の
遍歴強磁性で転移点が室温以上の物性を示す磁性物性を
作り出せることに着目した。
びに１４面体（Ｇｅ24）から構成されるクラスレート化
合物（タイプＩ）に磁性元素としてＭｎを結晶格子に組
み込み、Ｂａから供給される伝導電子の量を別の結晶サ
イトに導入されたＣｕを用いて制御すると、磁場誘起の
遍歴強磁性で転移点が室温以上の物性を示す磁性物性を
作り出せることに着目した。
【００２１】遍歴強磁性とは、比較的非局在化している
電子が、わずかな磁場の影響により強磁性的な電子スピ
ンの配向を生じることにより、磁化率が強磁性的特徴を
示す物性である。
電子が、わずかな磁場の影響により強磁性的な電子スピ
ンの配向を生じることにより、磁化率が強磁性的特徴を
示す物性である。
【００２２】本発明では、Ｃｕの導入によりＭｎの電子
状態を微細に変調することにより、臨界温度が高い遍歴
強磁性を達成したものである。すなわち、Ｂａからだけ
の場合は、結晶格子あたり１０分の１程度の精度でしか
伝導電子を変化させることはできないが、Ｃｕを特別な
結晶サイトに導入した場合は、それよりも一桁高い精度
で伝導電子の量を調節することが可能であることがわか
った。これは、ＢａがＢａ１個に対して１．５個の電子
を伝導系に供与するのに比較して、Ｃｕは伝導系に僅か
しか関与していないという違いによるものである。
状態を微細に変調することにより、臨界温度が高い遍歴
強磁性を達成したものである。すなわち、Ｂａからだけ
の場合は、結晶格子あたり１０分の１程度の精度でしか
伝導電子を変化させることはできないが、Ｃｕを特別な
結晶サイトに導入した場合は、それよりも一桁高い精度
で伝導電子の量を調節することが可能であることがわか
った。これは、ＢａがＢａ１個に対して１．５個の電子
を伝導系に供与するのに比較して、Ｃｕは伝導系に僅か
しか関与していないという違いによるものである。
【００２３】要するに、本発明では、ＧｅのタイプＩの
クラスレート化合物にｄ−ブロック元素としてＭｎを導
入した化合物を新規に合成した。これらの化合物群にお
いては、磁性電子スピンと伝導電子が相互作用すること
により、種々の電子状態が非線型的に変化する電子状態
の変化が得られる。また、伝導電子の量をＣｕを用いて
僅かに変化させることにより、室温付近まで磁場誘起の
強磁性特性が存在する物性を示すことがわかった。次世
代の磁気センサーなどの電子材料への応用が期待され
る。
クラスレート化合物にｄ−ブロック元素としてＭｎを導
入した化合物を新規に合成した。これらの化合物群にお
いては、磁性電子スピンと伝導電子が相互作用すること
により、種々の電子状態が非線型的に変化する電子状態
の変化が得られる。また、伝導電子の量をＣｕを用いて
僅かに変化させることにより、室温付近まで磁場誘起の
強磁性特性が存在する物性を示すことがわかった。次世
代の磁気センサーなどの電子材料への応用が期待され
る。
【００２４】本発明の磁性クラスレート化合物は、構成
単位がゲルマニウム元素のクラスタであるＧｅ20とＧｅ
24から構成されるクラスレート化合物において、Ｂａ、
Ｍｎ、Ｃｕをドーパント元素として用いて構成されるＢ
ａx Ｍｎy Ｇｅ46-zで表される磁性クラスレート化合物
である。
単位がゲルマニウム元素のクラスタであるＧｅ20とＧｅ
24から構成されるクラスレート化合物において、Ｂａ、
Ｍｎ、Ｃｕをドーパント元素として用いて構成されるＢ
ａx Ｍｎy Ｇｅ46-zで表される磁性クラスレート化合物
である。
【００２５】また、本発明の磁性クラスレート化合物の
製造方法は次の通りである。
製造方法は次の通りである。
【００２６】構成単位がゲルマニウム元素のクラスタで
あるＧｅ20とＧｅ24から構成されるクラスレート化合物
の製造方法において、Ｂａ、Ｍｎ、Ｃｕをドーパント元
素として用いるとともに、Ｂａ、Ｍｎ、Ｇｅを所望の量
的関係で混合し、高周波加熱することによりＢａx Ｍｎ
y Ｇｅ46-zで表されるクラスレート化合物を製造する。
あるＧｅ20とＧｅ24から構成されるクラスレート化合物
の製造方法において、Ｂａ、Ｍｎ、Ｃｕをドーパント元
素として用いるとともに、Ｂａ、Ｍｎ、Ｇｅを所望の量
的関係で混合し、高周波加熱することによりＢａx Ｍｎ
y Ｇｅ46-zで表されるクラスレート化合物を製造する。
【００２７】これらの化合物においては、ゲルマニウム
元素の結合様式はそれぞれ従来のゲルマニウム結晶にみ
られるｓｐ３結合様式ではなく、マジックナンバーであ
る２０および２４個のゲルマニウム元素から構成される
ゲルマニウムクラスタ単位がそれぞれの結晶の構成単位
になることを反映して、ｓｐ３とｓｐ２の中間に位置す
る特別な結合様式をとっている。
元素の結合様式はそれぞれ従来のゲルマニウム結晶にみ
られるｓｐ３結合様式ではなく、マジックナンバーであ
る２０および２４個のゲルマニウム元素から構成される
ゲルマニウムクラスタ単位がそれぞれの結晶の構成単位
になることを反映して、ｓｐ３とｓｐ２の中間に位置す
る特別な結合様式をとっている。
【００２８】また、本発明の磁性クラスレート化合物
は、それぞれ（Ｇｅ）２０あるいは（Ｇｅ）２４クラス
タの中にＢａが内包され、ＧｅクラスタをＧｅあるいは
Ｍｎが結びつけているという結合形態を有している。ま
た、Ｃｕを僅かに加えることにより、電子状態のバラン
スを高精度に調節できる特徴を有している。即ち、Ｃｕ
の量がこの物質系の特性に影響を与えている。
は、それぞれ（Ｇｅ）２０あるいは（Ｇｅ）２４クラス
タの中にＢａが内包され、ＧｅクラスタをＧｅあるいは
Ｍｎが結びつけているという結合形態を有している。ま
た、Ｃｕを僅かに加えることにより、電子状態のバラン
スを高精度に調節できる特徴を有している。即ち、Ｃｕ
の量がこの物質系の特性に影響を与えている。
【００２９】本発明の製造方法は、これらの物質が所望
する組成の物質を混合して、高周波加熱装置でアルゴン
等の不活性雰囲気下で溶融加熱することで生成する。
する組成の物質を混合して、高周波加熱装置でアルゴン
等の不活性雰囲気下で溶融加熱することで生成する。
【００３０】さらに、アルゴンプラズマで再加熱処理す
ることで均一性を上げることができることを見出した。
ることで均一性を上げることができることを見出した。
【００３１】図１は本発明の実施例を示す合成された磁
性クラスレート化合物の結晶構造を示す図であり、図１
（ａ）はＧｅ20とＧｅ24から構成されるクラスレート化
合物の結晶構造を示す図、図１（ｂ）はそのクラスレー
ト化合物にＢａ、Ｍｎ、Ｃｕをドーパント元素として用
いて構成されるＢａx Ｍｎy Ｇｅ46-zで表される磁性ク
ラスレート化合物の結晶構造を示す図である。
性クラスレート化合物の結晶構造を示す図であり、図１
（ａ）はＧｅ20とＧｅ24から構成されるクラスレート化
合物の結晶構造を示す図、図１（ｂ）はそのクラスレー
ト化合物にＢａ、Ｍｎ、Ｃｕをドーパント元素として用
いて構成されるＢａx Ｍｎy Ｇｅ46-zで表される磁性ク
ラスレート化合物の結晶構造を示す図である。
【００３２】基本的には、Ｍｎ元素をＧｅ元素から構成
されるクラスレート構造に導入することは困難である
が、本発明では、その分量を結晶格子単位当たり２個程
度に抑え、しかも、高周波加熱およびアルゴンプラズマ
下で十分に溶融加熱する工程を施すことにより、合成で
きることを見出した。
されるクラスレート構造に導入することは困難である
が、本発明では、その分量を結晶格子単位当たり２個程
度に抑え、しかも、高周波加熱およびアルゴンプラズマ
下で十分に溶融加熱する工程を施すことにより、合成で
きることを見出した。
【００３３】また、Ｃｕ等の遷移金属を同時に混合する
ことで、電子状態のバランスを高精度に調節して、室温
以上の臨界温度を示す磁場誘起の遍歴強磁性物質を製造
できることを見出した。
ことで、電子状態のバランスを高精度に調節して、室温
以上の臨界温度を示す磁場誘起の遍歴強磁性物質を製造
できることを見出した。
【００３４】このようなＧｅクラスレート化合物は、ダ
イヤモンド構造を有する従来のＧｅ結晶とは異なり、ク
ラスレートの特異な結合様式により本質的に分散の狭い
バンド構造を示す。このバンド構造は、Ｂａのｄ軌道と
Ｇｅクラスレートのバンドを形成する軌道との混成によ
り大きく変調を受けることが可能である。
イヤモンド構造を有する従来のＧｅ結晶とは異なり、ク
ラスレートの特異な結合様式により本質的に分散の狭い
バンド構造を示す。このバンド構造は、Ｂａのｄ軌道と
Ｇｅクラスレートのバンドを形成する軌道との混成によ
り大きく変調を受けることが可能である。
【００３５】さらに、Ｂａから導入された伝導電子がＭ
ｎ元素の磁性電子と相互作用する過程を通じて、新規な
磁性および電気伝導現象の発現が期待できる。
ｎ元素の磁性電子と相互作用する過程を通じて、新規な
磁性および電気伝導現象の発現が期待できる。
【００３６】また、伝導電子の量をＣｕを加えることに
より高精度に制御できる。従って、従来の結晶とは異な
り、同じ物質でドーピングの制御により、絶縁体から種
々のバンドギャップを有する半導体、さらには強磁性及
び反強磁性にまで及んでその物性を変化させることがで
きる。
より高精度に制御できる。従って、従来の結晶とは異な
り、同じ物質でドーピングの制御により、絶縁体から種
々のバンドギャップを有する半導体、さらには強磁性及
び反強磁性にまで及んでその物性を変化させることがで
きる。
【００３７】このことは、Ｇｅという自然界における存
在比の多い元素を利用して、高機能の電子素子を作製で
きる可能性を示している。また、バンド分散の狭い特徴
は、外部からの作用に対する変化が極めて鋭敏であり、
このような物性によって従来に無いセンシング機能ある
いは従来の材料より大きな磁気抵抗変化（例えば、巨大
磁気抵抗）特性などを発現させることができる。
在比の多い元素を利用して、高機能の電子素子を作製で
きる可能性を示している。また、バンド分散の狭い特徴
は、外部からの作用に対する変化が極めて鋭敏であり、
このような物性によって従来に無いセンシング機能ある
いは従来の材料より大きな磁気抵抗変化（例えば、巨大
磁気抵抗）特性などを発現させることができる。
【００３８】現在は、このようなＭｎを導入したクラス
タ結晶は炭素およびシリコン原子では生成しない。それ
は現在のところ、歪みが大きく、不安定であると解釈さ
れている。Ｇｅクラスタだけが歪みの観点からＭｎを取
り込むことができる。
タ結晶は炭素およびシリコン原子では生成しない。それ
は現在のところ、歪みが大きく、不安定であると解釈さ
れている。Ｇｅクラスタだけが歪みの観点からＭｎを取
り込むことができる。
【００３９】図１に示す磁性ゲルマニウムクラスレート
の結晶構造において、１２面体のゲルマニウムクラスタ
は格子の頂点に位置している。
の結晶構造において、１２面体のゲルマニウムクラスタ
は格子の頂点に位置している。
【００４０】また、立方体の中心にも１２面体のクラス
タが位置しているが、このクラスタは頂点のクラスタに
比較すると９０°回転している。これらの１２面体のク
ラスタを接続する位置をＧｅ，Ｍｎが２：４で占有して
いる。クラスタを接続する位置のＭｎとＧｅの一部を僅
かにＣｕで置き換えたものが、本発明の新しいクラスタ
結晶である。
タが位置しているが、このクラスタは頂点のクラスタに
比較すると９０°回転している。これらの１２面体のク
ラスタを接続する位置をＧｅ，Ｍｎが２：４で占有して
いる。クラスタを接続する位置のＭｎとＧｅの一部を僅
かにＣｕで置き換えたものが、本発明の新しいクラスタ
結晶である。
【００４１】なお、本発明は上記実施例に限定されるも
のではなく、本発明の趣旨に基づいて種々の変形が可能
であり、これらを本発明の範囲から排除するものではな
い。
のではなく、本発明の趣旨に基づいて種々の変形が可能
であり、これらを本発明の範囲から排除するものではな
い。
【００４２】
【発明の効果】以上、詳細に説明したように、本発明に
よれば、以下のような効果を奏することができる。
よれば、以下のような効果を奏することができる。
【００４３】（Ａ）自然界に豊富なＧｅを用いて、ゲル
マニウムクラスレートという従来の結晶とは大きく異な
る構造を基本構造にもつ物質を合成して、絶縁体から種
々のバンドギャップを有する半導体、更には金属および
強磁性ならびに反強磁性と大きくその物性を変化させる
ことのできる磁性クラスレート化合物を提供することが
できる。
マニウムクラスレートという従来の結晶とは大きく異な
る構造を基本構造にもつ物質を合成して、絶縁体から種
々のバンドギャップを有する半導体、更には金属および
強磁性ならびに反強磁性と大きくその物性を変化させる
ことのできる磁性クラスレート化合物を提供することが
できる。
【００４４】（Ｂ）一つの材料からこのように幅広く物
性を変化させることができ、低価格で電子素子を作るこ
とができる。
性を変化させることができ、低価格で電子素子を作るこ
とができる。
【００４５】（Ｃ）本発明の磁性クラスレート化合物に
特徴的な分散の狭いバンド構造は、従来よりも外部から
の変化に対し大きな磁気および電導度の変化を示す可能
性があり、特に、その特性を利用したセンサーや磁気抵
抗素子に適用することができる。
特徴的な分散の狭いバンド構造は、従来よりも外部から
の変化に対し大きな磁気および電導度の変化を示す可能
性があり、特に、その特性を利用したセンサーや磁気抵
抗素子に適用することができる。
【図１】本発明の実施例を示す合成された磁性クラスレ
ート化合物の結晶構造を示す図である。
ート化合物の結晶構造を示す図である。
Claims (4)
- 【請求項１】 構成単位がゲルマニウム元素のクラスタ
であるＧｅ20とＧｅ 24から構成されるクラスレート化合
物であって、Ｂａ、Ｍｎ、Ｃｕをドーパント元素として
用いて構成される、Ｂａx Ｍｎy Ｇｅ46-zで表されるこ
とを特徴とする磁性クラスレート化合物。 - 【請求項２】 構成単位がゲルマニウム元素のクラスタ
であるＧｅ20とＧｅ 24から構成されるクラスレート化合
物の製造方法において、 Ｂａ、Ｍｎ、Ｃｕをドーパント元素として用いるととも
に、Ｂａ、Ｍｎ、Ｇｅを所望の量的関係で混合し、高周
波加熱することにより、Ｂａx Ｍｎy Ｇｅ46-zで表され
るクラスレート化合物を製造することを特徴とする磁性
クラスレート化合物の製造方法。 - 【請求項３】 請求項２記載のクラスレート化合物の製
造方法において、前記高周波加熱は、不活性雰囲気下で
溶融加熱することを特徴とする磁性クラスレート化合物
の製造方法。 - 【請求項４】 請求項２又は３記載のクラスレート化合
物の製造方法において、アルゴンプラズマで再加熱処理
することで均一性を上げることを特徴とする磁性クラス
レート化合物の製造方法。
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR101041751B1 (ko) | 2009-01-30 | 2011-06-17 | 한국과학기술원 | 산소분자의 주입에 의한 클라트레이트 하이드레이트의 자성을 변화시키는 방법 |
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-
2001
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