ブックタイトル日本結晶学会誌Vol58No4

概要

日本結晶学会誌Vol58No4

日本結晶学会誌58，174-179（2016）最近の研究から新物質A（TiO）Cu 4（PO 4）4（A＝Ba, Sr）における結晶カイラリティの強度とドメイン構造の相関大阪大学大学院基礎工学研究科木村健太Kenta KIMURA: Correlation between Crystal Chirality Strength and Domain Structurein New Chiral Materials A（TiO）Cu 4（PO 4）4（A＝Ba, Sr）Crystal chirality, a label defining the handedness of a system without improper symmetry, haslong been an intensive subject in a variety of research fields such as chemistry, biology, and solid-statephysics. Its great importance in solid-state physics lies in the potential unique functionalities of chiralmaterials such as optical activity, piezoelectricity, and recently discovered unconventional magnetismand associated magneto-transport and magnetoelectric phenomena. An important step toward furtherdevelopment of the chirality research would be a quantification of chirality and a clarification ofits relationship to physical properties. Here, we report the discovery of two novel chiral materials,A（TiO）Cu 4（PO 4）4（A＝Ba, Sr）, and the detailed characterization of their crystal and chiral domainstructures. We identify that the chiral crystal structure of this system can be characterized by anantiferrorotative distortion of structural units, indicating that the rotation angle is a good quantitativemeasure of the chirality strength. Interestingly, the rotation angle and thus the chirality strength can betuned by changing A site cations. We observe striking differences in the occurrence frequency of chiraldomains in the two materials：weakly chiral Ba（TiO）Cu 4（PO 4）4 mostly hosts a multidomain state,while strongly chiral Sr（TiO）Cu 4（PO 4）4 predominantly shows monodomain state. On the basis ofthese results, we discuss the relationship between the chirality strength and the occurrence frequencyof chiral domains in this system.1．はじめに(a)われわれの右手と左手のように，ある物体とその鏡像が決して重なり合わない性質を「カイラリティ」（あるいはキラリティ）と呼び，そのような性質をもつ物体を「カイラルである」と言う（図1a）．1）-3）対称性という言葉を使うと，鏡映対称性（厳密には，n回回転とその回転軸に垂直な面での鏡映操作から成るn回回映軸）をもたないオブジェクトはカイラルである，と表現できる．自然界には，巨大な空気の渦巻きである台風や螺旋状に伸びるアサガオの蔓，さらには私達の身体を構成するアミノ酸といった生体分子など，カイラリティをもつものが至る所に存在する．その中で，本稿で取り上げるのは，原子配列が鏡映対称性を破ることで現れる「結晶構造のカイラリティ」である（図1b）．カイラルな結晶構造をもつ化合物（カイラル化合物と称する）は，原子のらせん配列の右巻きと左巻きがある水晶のように，無機・有機を問わず数多く存在する．また，すべての結晶構造は230種の空間群のいずれかに属することが知られているが，そのうち実に65種がカイラルな空間群である．カイラリティが多彩な物質機能と結びつくことは，光2学活性）3や圧電効果）をはじめとして古くから知られて図1左手(b)左巻き鏡映面右手原子右巻きカイラリティの例．（Examples of chirality.）（a）手のひら，（b）原子のらせん配列.きた．実用上重要なカイラル化合物もいくつか存在し，なかでも水晶やランガサイトなどは，その優れた圧電特性からさまざまなデバイスに用いられている．さらに最近では，カイラル結晶構造をもつ磁性体において，スキルミオン4）やカイラルソリトン格子5）と呼ばれる非自明なスピン配列や，それに由来して発現する異常な磁気伝6導）や電気磁気効果7）が発見されたことから，カイラル化合物は新規物性が発現する舞台として世界的な注目を集めるに至っている．174日本結晶学会誌第58巻第4号（2016）