（2009年3月5日「Nature」にて発表）

　附属元素科学国際研究センター、無機先端機能化学研究領域の龍(Long)博士研究員、齊藤助教、東准教授、島川教授らの研究グループは、新規Aサイト秩序型ペロブスカイト酸化物LaCu₃Fe₄O₁₂を合成することに成功し、さらにこの材料がサイト間電荷移動とそれに伴う大きな負の熱膨張を示すことを発見しました。

　ペロブスカイト型と呼ばれる結晶構造を有する酸化物は、近年、高温超伝導や巨大磁気抵抗効果、マルチフェロイックスなどの新しい特性が見いだされ、物質・材料科学の分野だけではなく、将来のエレクトロニクスを支える機能性材料として多くの注目を集めています。今回発見したLaCu₃Fe₄O₁₂は、ペロブスカイト構造（ABO₃）におけるAサイトの1/4をLa（ランタンイオン）、残りの3/4を遷移金属であるCu（銅イオン）が秩序化して占有するという特徴的な結晶構造をとる新物質です（図1）。　

このようなサイト間電荷移動は高圧力などの特殊条件下で起こることは数例報告されていましたが、温度によって起こることが確認されたのは初めてです。また、このサイト間電荷移動転移に伴い、常磁性状態から反強磁性状態への磁気転移と金属から絶縁体への転移も同時に起こります。これは、同じ結晶構造をもつCaCu₃Fe₄O₁₂において、Fe⁴⁺が低温でFe³⁺とFe⁵⁺へ変化する「電荷不均化転移」を示すのとは際立った対照を示しています。

　もう一つの重要な発見は、このサイト間電荷移動転移では、結晶構造は同じであるにも関わらず結晶格子の大きさは著しい変化を示し、温度上昇に対して体積が減少する「負の熱膨張（Negative Thermal Expansion: NTE）」を示すことです。負の熱膨張係数を持つ無機固体材料はエレクトロニクスの分野でも非常に興味を持たれていますが、今回の材料は単にその変化が大きいだけではなく、室温以上の温度で、立方晶の構造を保ったまま等方的に体積が減少することも大きな特徴です。

　本研究の成果は、物質・材料科学分野での新物質・新現象の発見に留まらず、将来のエレクトロニクス分野における新材料を開発する上での指針を与えるとともに、新しい応用展開の可能性を示すものとして注目されます。

　この研究は、京都大学大学院人間・環境学研究科の林助教、村中教授の研究グループとの共同で行われました。研究成果は、英国科学誌Natureの2009年3月5日号に掲載された他、3月に開催される米国物理学会（American Physical Society）や日本物理学会でも発表する予定です。

・朝日新聞（3月5日 夕刊9面）、京都新聞（3月5日 25面）に掲載されました。

●用語解説●

高温超伝導：電気抵抗がゼロとなる状態を超伝導という。1986年にそれまで知られていた材料よりも高い温度で超伝導を示す酸化物材料が見つかり、それ以降、40~130K（ケルビン）程度の比較的高温で超伝導を示す材料がいくつも見つかっている。その多くはペロブスカイト型の結晶構造をもつ。

巨大磁気抵抗効果：物質の電気抵抗が磁場によって変化する現象を磁気抵抗という。マンガンなどを含んだ酸化物材料では、従来の金属や合金が示す磁気抵抗より遥かに大きな変化を示すことがあり、「超巨大磁気抵抗効果」と呼ばれることがある。

マルチフェロイック：多重強特性。狭義では、強磁性と強誘電性という2つ（またはそれ以上）の強特性を同時に示すような状態。

メスバウアー効果：鉄の電子状態を調べる実験手法の一つ。

負の熱膨張：一般に物質は温度が上がると膨張する（体積が大きくなる）。これに対して、知られている例は非常に少ないが、温度が上昇すると、体積が小さくなる物質があり、温度環境が変わっても精密な大きさが必要な光学部品や機械などへの応用が期待されている。