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Low Temperature and Materials Sciences (Kyoto University)
Number 14, JUNE 2009

Table of Contents
Research Reports
Thermal transport measurement of spin liquid on a 2D triangular lattice••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••• Minoru Yamashita •••3

Angular Resolved Nuclear Magnetic Resonance on Strongly Correlated Electron Systems•••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••Tsuyoshi Waki and Masashi Takigawa•••12

Room-Temperature Single-Step Synthesis of MnO2 Nanosheets••••••••••••••••••••••••••••••••Kazuya Kai, Yukihiro Yoshida, Hiroshi Kageyama,

Gunji Saito, Tetsuo Ishigaki, Jun Kawamata••19
A One-Dimensional Bose Gasëfrom the weakly interacting gas to the strongly correlated gasë••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••• Toshiya Kinoshita•••28
Real-Space Observation of Hydrogen-Bond Exchange in Water Clusters•••••••••••••••••••••••••••••••Takashi Kumagai, Masahisa Kaizu, Hiroshi Okuyama•••36

Award
Medal with Purple Ribbon awarded to Professor Gunzi Saito•••••••••••••••Hideki Yamochi •••43

Memorial
In remembrance of Prof. Yoji Nakamura•••••••••••••••••••••••••••• Kazuyoshi Yoshimura•••44

Featuring Article
Report on LTM Center Exchange Meeting 2008••••••••••••••••••••••••••••• Anju Sawada•••49

LTM Center Seminars••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••74
From Organizing Committee
Amounts of Cryogen Consumptions : Yoshida Campus, Uji Campus and Katsura Campus• •••76
Staffs contributing to Cryogen Supply and Responsible Persons for He Gas Recovery Stations• ••78
Research staffs of the LTM center, Member of the Committees : Steering Committee andorganizing Committee•••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••• 79

Call for Manuscript••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••• 81
Editor’s Note••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••• 82
2

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MnO2\]^_`abcdefgh
Room-Temperature Single-Step Synthesis of MnO2 Nanosheets
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K. Kai1, Y. Yoshida1,2, H. Kageyama1, G. Saito1,2, T. Ishigaki3, J. Kawamata3
1
Graduate School of Science, Kyoto University,
2
Research Institute, Meijo University,
3
Faculty of Science,Yamaguchi University
Preparation of single-layer manganese oxide nanosheets (monosheets) comprised of edge-shared MnO6 octahedra hasrelied on multistep and time-consuming processing involving a high-temperature solid-state synthesis of bulk templates,and succeeding ion-exchange and exfoliation reactions in solutions, causing high cost and long processing time. Here
we demonstrate the first single-step approach to directly access the MnO2 monosheets, by the chemical oxidation ofMn(II) ion in the presence of tetramethylammonium cation in an aqueous solution. Of importance is that thistemplate-free reaction readily proceeds within a day at room temperature. Self-assembling ability of the MnO2
monosheets allows to aggregate to form layered structures with cationic tetrathiafulvalene (TTF) derivatives asintercalants.

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MnO2 layer

A2CO Sinterin+
Mn2O3 O2, 7

Ion-exchange

exfoliationacid

TMA·OH

A=alkali=H2Oor= alkali cation

=H2O

or

=

= H+

< Conventional Multi-step Synthesis >H2O2, R.T.

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Mn–O •‚h6ørs*XMn aûo[Þ3¦úõ6Mn–O‘aAg{|a¥¬C¸öXÅÿ«+£nV-EH
MnCl2 û‹'vÛno>¬OH-ÿaü--•Ž3ÆÇMn(OH)2 øC•hV" øÌ Mn(OH)2 aHh*X

20

FŠXvan der Waals ’3Æ^WøÔêû°Åõ6/ÿ¬0]õ6H
Ï^WX²³‚aÆ,3OH-ÿ H2O2CÔ˜3´ÞVFSgXMn(OH)2 øa•hÿS3XMn aAnûÔ˜3¦/6FýXMn(OH)2 øa·øõ6¡ÜÿXMn(III)OOH R Mn(III,IV)O2 aøaHh¡Üû¹gVWE6…†ñû46HºÙ‚*
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UD1#«$%¬-®E¤¥¯°S±¯²³&äåa¹ÁVFMnO2 \]^_`agh¬¥*X0.3
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AnK_TMA·OHaÿ H2O2 a=gˆ>1_—þªþ
0.6 MX0.9 Ma20 mL C´ÞVFŠXbcÑoR§¬ 1‹¦§õ6a„¬46H=gÿÔ˜3X¼½®¬4^
F MnCl2 ˆ>1*Q¯3An÷þ¾¿®a™š1_1a
ÿ-6_; 3aH/a¾¿®™š1*I0°'óbCˆõ/ÿ•‚;eJ²>1¬46/ÿûfg¬öXo‹ ; 3_qaMnCl2 ˆ>1._saTMA·OH/H2O2‘ÀýVWEWYÁÂ-+*•F-EH

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õH380 nm L›3¾þ6õÞ±0²*MnO2 \]^_

2.0

2.0

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1.5
1.0

1.5
1.0
0.5
0.0
0.0 0.5 1.0 1.5 2.0
Cencentration (10-4 M)

0.5
0.0
300

400

500

600

700

800

Wavelength (nm); 4" ™š1 1 a UV-Vis õÞ.e‰`'H_y•ûoRMoÆ™J‰ex_`'a^_`ÌKL¬4 ž;a380 nm 3456õÃMaÄMÝpñH

CÊËJ-¢ñÌ_SEMa3ÆÇ’Íõ6ÿXV³J

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VF(TMA)xMnO2·yH2O aø‘{|:~0.96 nm>ÿÆkd
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Ý3·øVWE6/ÿCˆºVWE6/a°Å2 3 a\hû(TMA)0.20MnO2·0.2H2O ÿ-ÇX22

; 8" ÅÆÈÉ((TMA)0.20MnO2·0.2H2O)
aÈÉ XRD Ð‹_0.

Mn û+3.8 a=g÷-ûÌ#¬46/ÿCˆVFH™š1
1 §3*XMnO2 \]^_`a»3 TMA R
TMA R H2O ¤-Cø‘3‡ˆøÌngKÿ
H2O û‡@þ6FýX3c3E¬ÅÆÑ°ÅVFSg*-6H
20 K 8IacM¹¬*Currie" °Å2 3((TMA)0.20MnO2·0.2H2O)aÔQn:acM£nC;9 3ˆõH<o(C) = 1.44 emu K mol-1XWeiss cM (Õ) = –36.4 K ¬ Curie-Weiss Ö (×= C(T-Õ)-1) 3Ï,H®cr¬*XQS|Ø :FC> ÿ eQS|Ø:ZFC>ÿ¬Qn:3Af-%EûE‚þXZFC 34EW 10 K L›
3v.ƒû¾þ6HWeiss cM•‚sY÷þ6ðGQñOµcMÆÇY®EcM3v.ƒû¾þW4
ÇX/aM3QRò-7Š.`8_^90ûpqõ6/ÿCˆVWE6H/aÆ,-v.ƒ*•¸Q
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ÿ<7> 3Æ^W™,nVFQ©aÙö7Tc / Tc log(71)Xõ-QìQSa×¶3Uõ6./0a¶öR[16]
H//¬7Tc *Xó/o£n713Uõ6/_‰cMa
õ÷3Æ^W•êò3üîõ6/ÿû¬ö6£nƒ¬46H–M34567Tc / Tclog(71)* 0.035 ÿ-ÇX/a`*./0LŠ.aSg3•gõ6:Ž3QñaSg* 0.1 8Iÿ-6[16]>/ÿ•‚X/þ‚aKLa®cH*./0LŠ.HAÿABV
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6°ò-7Š.`8_^90C¤^WE6/ÿÿX
Mn J•0û 3+/4+ a=g÷-ûÌ#34ÇXûo¤÷3Š0°Ý&.û46/ÿ¬./0LŠ.HCHhVWE6ÿNO‚þ6H; 9" °Å2 3_(TMA)0.20MnO2·0.2H2Oaa
ÔQn:cM£n. yž;*®c¹¬a FC•ZFC ÛçCˆõ.

; 10 °Å2 3_(TMA)0.20MnO2·0.2H2Oaa•¸Qn:aó/oÝpñ

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tetrathiafulvalene (TTF)
Tetrathiafulvalene
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24

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