岡山大学や千葉大学大学院理学研究院、北里大学理学部、総合科学研究機構（CROSS）中性子科学センター、中性子産業利用推進センターの共同研究グループは、層状無機化合物Li0.5VS2（リチウムバナジウム硫化物）において、金属の中でバナジウム原子どうしが結びつく状態が温度低下に伴い二段階に変化する現象を発見しました。すべての状態で金属状態を保ちながらも、電子の磁気的な応答が各段階で大きく異なることが明らかになっています。本研究成果は2026年8月24日に米国化学会誌「Chemistry of Materials」に掲載されました。

金属状態を維持しながら原子間結合が二段階に変化

研究グループは、SPring-8やJ-PARCなどの大型施設を用いた研究により、層状無機化合物Li0.5VS2において、バナジウム原子どうしが分子のように結びつく現象を解析しました。その結果、温度の低下に伴って原子の結びつき方が二段階に変化することを突き止めました。

通常、原子が強く結びつくと電子は動きにくくなりますが、本物質では結合の形が変わっても金属状態を保ち続けることが確認されました。さらに、各段階において電子の磁気的な応答が大きく異なることも示されています。

化学結合・金属性・磁性が連動する新電子状態

今回の成果は、従来の分子形成物質とは異なり、異なる結合状態の競合が金属や磁性と絡み合う新しい電子状態を示すものです。化学結合、金属性、磁性が互いに影響し合う現象が明らかになったことで、今後は組成や圧力などを通じた原子間結合の制御により、新しい量子材料の探索につながることが期待されています。

研究を手がけた岡山大学学術研究院環境生命自然科学学域の小島慶太助教は、不安定な原子間結合の組み替わりが多様な金属状態を生むことを明らかにしたとし、今後はこの結合を制御して新しい物性や機能の開拓につなげたい旨を述べています。

論文情報

発表された論文の詳細は以下の通りです。

• 論文名：Competing Electron-Deficient σ-Bond Configurations across Successive Structural Transitions in Li0.5VS2
• 著者：Keita Kojima, Shunsuke Yamamoto, Koudai Sugimoto, Kazuki Iida, Toru Ishigaki, Yukinori Ohta, and Naoyuki Katayama
• 掲載誌：Chemistry of Materials
• DOI：10.1021/acs.chemmater.6c01358
• URL：https://doi.org/10.1021/acs.chemmater.6c01358

本記事は国立大学法人岡山大学の発表をもとに作成しました。

Dellows News編集部

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