ニッケル酸ビスマスの圧力誘起電荷非晶質化を発見—熱膨張問題を解決する新たな負熱膨張材料の開発に期待—

　Smirnova OLGA 化学研究所研究員、島川祐一 同教授、髙野幹夫 名誉教授（現：生産開発科学研究所理事長）、西久保匠 東京科学大学特定助教（兼：神奈川県立産業技術総合研究所常勤研究員）、東正樹 同教授、陳威廷（チェン・ウェイティン） 国立台湾大学研究員、J. Paul Attfield（ポール・アットフィールド） 英国エジンバラ大学（The University of Edinburgh）教授らの研究グループは、Bi³⁺_0.5Bi⁵⁺_0.5Ni²⁺O₃という電荷分布を持つペロブスカイト型酸化物ニッケル酸ビスマス（BiNiO₃）を低温で加圧すると、電荷非晶質（電荷グラス：Biイオンの並び方に秩序がなくなり、ランダムに存在する）状態になる、特異な温度圧力変化を示すことを明らかにしました。

　ペロブスカイト酸化物は強誘電性や圧電性などの多彩な機能を持つことが注目されています。その一種であるBiNiO₃は、高温・高圧環境で相転移し、負熱膨張をすることが知られており、低温・高圧環境でも新たな電子相が出現すると予想されていました。

　本研究では、BiNiO₃を250 K以下の低温で圧縮すると、Bi³⁺とBi⁵⁺の秩序配列が消失して電荷グラス状態になり、さらにこの電荷グラス相を昇温すると負熱膨張することが明らかになりました。BiNiO₃のNiを一部Feで置換したBiNi_1-xFe_xO₃は負熱膨張材料として活用されています。今回の電荷グラス相でも同じような負熱膨張が確認されたことから、新しい負熱膨張材料の開発が期待されます。

　本研究成果は、2025年3月5日に、国際学術誌「Nature Communications」に掲載されました。

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