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Study of pressure-induced superconducting and structural phase transitions in bismuth layered Rashba materials

Research Project

Project/Area Number 16K05440
Research Category

Grant-in-Aid for Scientific Research (C)

Allocation TypeMulti-year Fund
Section一般
Research Field Condensed matter physics II
Research InstitutionNiigata University

Principal Investigator

Ohmura Ayako  新潟大学, 自然科学系, 准教授 (60425569)

Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) 山田 裕  新潟大学, 自然科学系, 教授 (10242835)
石川 文洋  新潟大学, 自然科学系, 准教授 (50377181)
Project Period (FY) 2016-04-01 – 2019-03-31
Project Status Completed (Fiscal Year 2018)
Budget Amount *help
¥4,810,000 (Direct Cost: ¥3,700,000、Indirect Cost: ¥1,110,000)
Fiscal Year 2018: ¥650,000 (Direct Cost: ¥500,000、Indirect Cost: ¥150,000)
Fiscal Year 2017: ¥1,430,000 (Direct Cost: ¥1,100,000、Indirect Cost: ¥330,000)
Fiscal Year 2016: ¥2,730,000 (Direct Cost: ¥2,100,000、Indirect Cost: ¥630,000)
Keywords高圧物性 / 圧力誘起超伝導 / 構造相転移 / 圧力誘起相転移 / ビスマス系層状合金 / Bi系層状合金 / 物性実験 / トポロジカル絶縁体
Outline of Final Research Achievements

We studied pressure-induced superconducting and structural phase transitions in BiTeX (X = Cl, Br, I), which is the three-dimensional bulk Rashba material. In BiTeCl, which is a topological insulator at ambient conditions, we performed electrical resistivity measurement and Raman spectroscopy under high-pressure. As a result, the superconducting transition that occurs above 6 GPa is attributed to the formation of high-pressure structure. The critical pressure (Pc) that superconductivity appears and the transition temperature at Pc show the good reproducibility and, however, the temperature variation of resistivity strongly depends on the experimental samples. In BiTeBr and BiTeI, synchrotron radiation X-ray diffraction studies show the formation of two high-pressure structures up to the pressures of 30 GPa at room temperature. Furthermore, we succeeded to propose structural models of two high-pressure structures.

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

高圧力は圧力下でのみ存在する状態や構造を生み出すことができる。その物性を研究することは、基礎物性の興味だけでなく、得られる情報を基に新たな物質創生に繋がるという点で応用・材料面でも貢献できる。本研究で得られた圧力誘起超伝導は、母体がトポロジカル絶縁体である物質の高圧結晶相に起因する。他の2組成に関しても、高圧結晶相では超伝導が発現する可能性は非常に高い。この相のトポロジカル量子特性が非自明か否かという点は本研究期間では解明には至らなかったが、応用面で多大に期待されるトポロジカル超伝導である可能性は少なからず秘めており、今後電子状態を明らかにすることが重要となる。

Report

(4 results)
  • 2018 Annual Research Report   Final Research Report ( PDF )
  • 2017 Research-status Report
  • 2016 Research-status Report
  • Research Products

    (28 results)

All 2019 2018 2017 2016

All Journal Article (4 results) (of which Peer Reviewed: 4 results,  Open Access: 2 results) Presentation (24 results) (of which Int'l Joint Research: 4 results,  Invited: 1 results)

  • [Journal Article] Investigation of topological phase transition in BiTeBr under high pressure2017

    • Author(s)
      Ayako Ohmura, Yuichiro Higuchi, Takayuki Ochiai, Manabu Kanou, Satoshi Nakano, Fumihiro Ishikawa, Atsuko Nakayama, Yuh Yamada, Takao Sasagawa
    • Journal Title

      Journal of Physics: Conference Series

      Volume: 950 Pages: 042046-042046

    • DOI

      10.1088/1742-6596/950/4/042036

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  • [Journal Article] Pressure-induced topological phase transition in polar semiconductor BiTeBr2017

    • Author(s)
      Ayako Ohmura, Yuichiro Higuchi, Takayuki Ochiai, Manabu Kano, Fumihiro Ishikawa, Satoshi Nakano, Atsuko Nakayama, Yuh Yamada, Takao Sasagawa
    • Journal Title

      Physical Review B

      Volume: 95 Issue: 12 Pages: 125203-125203

    • DOI

      10.1103/physrevb.95.125203

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  • [Journal Article] Transport and structural properties of Cu0.25Bi2(TexSe1-x)3 (x = 0.01) under high pressure2017

    • Author(s)
      Ayako Ohmura, Masako Matsuzawa, Fumihiro Ishikawa, Yusuke Suzuki, Masashi Komatsu, Shumpei Osuga, Satoshi Nakano, Atsuko Nakayama, Yuh Yamada, Takanari Kashiwagi, and Kazuo Kadowaki
    • Journal Title

      Japanese Journal of Applied Physics

      Volume: 56 Issue: 5S3 Pages: 05FB04-05FB04

    • DOI

      10.7567/jjap.56.05fb04

    • NAID

      210000147807

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  • [Journal Article] Investigation of topological phase transition in BiTeBr under high pressure2017

    • Author(s)
      Ayako Ohmura, Yuichiro Higuchi, Takayuki Ochiai, Manabu Kano, Fumihiro Ishikawa, Satoshi Nakano, Atsuko Nakayama, Yuh Yamada, Takao Sasagawa
    • Journal Title

      Journal of Physics: Conference Series

      Volume: 印刷中

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      日本物理学会第72回年次大会
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      大阪府豊中市 大阪大学(豊中キャンパス)
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      伊藤沙織, 佐藤知可子, 芳志戸諭, 岩田直樹, 石川文洋, 大村彩子, 山田裕, 松下明行, 松下能孝
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      日本物理学会第72回年次大会
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      大阪府豊中市 大阪大学(豊中キャンパス)
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      茨城県つくば市 筑波大学(大学会館)
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      2016-10-26
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      茨城県つくば市 筑波大学(大学会館)
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      2016-10-26
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      石川県金沢市 金沢大学(角間キャンパス)
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      渕崎員弘, 大村彩子, 鈴木昭夫, 西田圭佑, 浜谷望, 齋藤寛之
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      石川県金沢市 金沢大学(角間キャンパス)
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      2016-09-13
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      広瀬雄介, 土塔寛, 河野琢馬, 摂待力生, 竹内徹也, 三宅厚志, 徳永将史, R. Kulkarni, A.Thamizhavel, 本多史憲, 大村彩子, 芳賀芳範
    • Organizer
      日本物理学会2016年秋季大会
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      石川県金沢市 金沢大学(角間キャンパス)
    • Year and Date
      2016-09-13
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      A. Ohmura, M. Matsuzawa, T. Tsubaki, K. Yoshihara, F. Ishikawa, Y. Fujihisa, Y. Suzuki, M. Komatsu, S. Nakano, A. Nakayama, Yuh Yamada, T. Kashiwagi, K. Kadowaki
    • Organizer
      The 17th International Conference on High Pressure in Semiconductor Physics (HPSP-17) &Workshop on High Pressure Study on Superconducting (WHS)
    • Place of Presentation
      東京都文京区 東京大学(山上会館)
    • Year and Date
      2016-08-07
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      The 17th International Conference on High Pressure in Semiconductor Physics (HPSP-17) &Workshop on High Pressure Study on Superconducting (WHS)
    • Place of Presentation
      東京都文京区 東京大学(山上会館)
    • Year and Date
      2016-08-07
    • Related Report
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    • Int'l Joint Research

URL: 

Published: 2016-04-21   Modified: 2020-03-30  

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