Bi_1-xLa_xNiO₃ におけるサイト間電荷移動誘起巨大負の熱膨張

抄録

ビスマスという元素は、3価と5価の電荷の自由度、という特徴を持つ。この特徴を用い、巨大な負の熱膨張をもつペロブスカイト化合物を実現した。BiNiO₃はBi³⁺_0.5Bi⁵⁺_0.5Ni²⁺O₃の酸化状態を持つ絶縁体のペロブスカイト化合物である。この物質では3.5GPaの加圧によってBi⁵⁺とNi²⁺の間で電荷移動が起こり、金属相のBi³⁺Ni³⁺O₃へと転移する。この際Ni²⁺からNi³⁺への価数変化に伴って体積収縮が起こる。Biを一部Laで置換すると転移温度（圧力）が低下し、Bi_0.95La_0.05NiO₃においては常圧での温度変化で絶縁体−金属転移と体積の収縮が起こる。この際、低温相と高温相が互いに分率を変化させながら共存するため、平均の体積は室温から400Kに渡ってなだらかに減少する。歪み測定を行ったところ、-82×10^-6/Kという負の熱膨張係数を観測することが出来た。