超高圧下電気伝導測定装置の開発と新規超伝導探索

• Project/Area Number: 17J05926
• Research Category: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• Allocation Type: Single-year Grants
• Section: 国内
• Research Field: Electronic materials/Electric materials
• Research Institution: University of Tsukuba
• Principal Investigator: 松本 凌 筑波大学, 数理物質科学研究科, 特別研究員(DC1)
• Project Period (FY): 2017-04-26 – 2020-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2019)
• Budget Amount: ¥3,100,000 (Direct Cost: ¥3,100,000); Fiscal Year 2019: ¥1,000,000 (Direct Cost: ¥1,000,000); Fiscal Year 2018: ¥1,000,000 (Direct Cost: ¥1,000,000); Fiscal Year 2017: ¥1,100,000 (Direct Cost: ¥1,100,000)
• Keywords: 超伝導 / 圧力 / 高圧力 / ダイヤモンド / ダイヤモンドアンビルセル

Outline of Annual Research Achievements

本研究では、ダイヤモンドアンビルセル(DAC)を使用し、超高圧下での物性測定を行うことを目的としている。超高圧下で正確な測定を実現させるためには、数十～数百μm四方の非常に小さなスペースに4端子を形成する必要がある。本研究ではこれまでに、CVDを用いてダイヤモンドにボロンをドープし、金属的な振る舞いを示すボロンドープダイヤの成膜に成功している。これまでに、このボロンドープダイヤモンドをアンビル上に電極として微細加工することで、5つの新しい超伝導体を発見した。
最終年度となる本年度では、これまでに得られた知見に基づき、ダイヤモンドの先端径を微細化させることによって、200 GPa程度の超高圧力の発生と、この圧力下での硫黄水素化物の合成に成功した。合成した硫黄水素化物は30 K程度の超伝導転移温度を示し、これは新たな水素化物高温超伝導体であると考えられる。
また、本年度は、研究実施計画に記載した通り、高圧力下での電気二重層トランジスタ構造の実現にも取り組んだ。ビスマス薄膜を、イオン液体を圧力媒体として加圧した後、ゲーティングを行うことで、試料の電気抵抗をチューニングすることに成功した。また、ゲーティングした状態で圧力を印加していくと、イオン液体が固化することによって、誘起されたキャリアがロックさせることを見出した。
これらの成果から、本研究では研究実施計画で掲げた目標を達成し、材料科学の発展に大きく貢献したものと考えている。

Research Progress Status

令和元年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

令和元年度が最終年度であるため、記入しない。

Research Products

• [Journal Article] Maskless Patterning of Gallium-Irradiated Superconducting Silicon Using Focused Ion Beam (2020)
  • Author(s): Matsumoto Ryo、Adachi Shintaro、Sadki El Hadi S.、Yamamoto Sayaka、Tanaka Hiromi、Takeya Hiroyuki、Takano Yoshihiko
  • Journal Title: ACS Applied Electronic Materials Volume: 2 Issue: 3 Pages: 677-682
  • DOI: 10.1021/acsaelm.9b00781
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Data-driven exploration for pressure-induced superconductors using diamond anvil cell with boron-doped diamond electrodes and undoped diamond insulating layer (2020)
  • Author(s): Ryo Matsumoto, Zhufeng Hou, Shintaro Adachi, Masanori Nagao, Sayaka Yamamoto, Peng Song, Noriyuki Kataoka, Pedro Baptista de Castro, Kensei Terashima, Hiroyuki Takeya, Hiromi Tanaka, Takayoshi Yokoya, Tetsuo Irifune, Kiyoyuki Terakura, and Yoshihiko Takano
  • Journal Title: High Pressure Research Volume: 40 Issue: 1 Pages: 22-34
  • DOI: 10.1080/08957959.2019.1695253
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Crystal Growth, Structural Analysis, and Pressure-Induced Superconductivity in a AgIn5Se8 Single Crystal Explored by a Data-Driven Approach (2020)
  • Author(s): Ryo Matsumoto, Zhufeng Hou, Hiroshi Hara, Shintaro Adachi, Hiromi Tanaka, Sayaka Yamamoto, Yoshito Saito, Hiroyuki Takeya, Tetsuo Irifune, Kiyoyuki Terakura, and Yoshihiko Takano
  • Journal Title: Inorg. Chem. Volume: 59 Issue: 1 Pages: 325-331
  • DOI: 10.1021/acs.inorgchem.9b02295
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Crystal size improvement of Bi-based superconducting whiskers under stress-controlled condition (2020)
  • Author(s): Sayaka Yamamoto, Ryo Matsumoto, Shintaro Adachi, Yoshihiko Takano, Hiroyuki Muto, Hiromi Tanaka
  • Journal Title: Journal of Crystal Growth Volume: 541 Pages: 125669-125669
  • DOI: 10.1016/j.jcrysgro.2020.125669
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Pressure-induced superconductivity in SnSb2Te4 (2020)
  • Author(s): Song Peng、Matsumoto Ryo、Hou Zhufeng、Adachi Shintaro、Hara Hiroshi、Saito Yoshito、Castro P B、Takeya Hiroyuki、Takano Yoshihiko
  • Journal Title: Journal of Physics: Condensed Matter Volume: 32 Issue: 23 Pages: 235901-235901
  • DOI: 10.1088/1361-648x/ab76e2
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Pressure-induced superconductivity in the layered pnictogen diselenide NdO0.8F0.2Sb1－xBixSe2 (x=0.3 and 0.7) (2019)
  • Author(s): R. Matsumoto, Y. Goto, S. Yamamoto, K. Sudo, H. Usui, A. Miura, C. Moriyoshi, Y. Kuroiwa, S. Adachi, T. Irifune, H. Takeya, H. Tanaka, K. Kuroki, Y. Mizuguchi, and Y. Takano
  • Journal Title: Phys. Rev. B Volume: 100 Issue: 9 Pages: 094528-094528
  • DOI: 10.1103/physrevb.100.094528
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Pressure-induced Superconductivity in Tin Sulfide (2019)
  • Author(s): R. Matsumoto, P. Song, S. Adachi, Y. Saito, H. Hara, A. Yamashita, K. Nakamura, S. Yamamoto, H. Tanaka, T. Irifune, H. Takeya, and Y. Takano
  • Journal Title: Physical Review B Volume: 99 Issue: 18 Pages: 184502-184502
  • DOI: 10.1103/physrevb.99.184502
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Fabrication of a superconducting YBa2Cu4O8 film via coprecipitation (2019)
  • Author(s): Hara Hiroshi、Adachi Shintaro、Matsumoto Ryo、Saito Yoshito、Takeya Hiroyuki、Takano Yoshihiko
  • Journal Title: Japanese Journal of Applied Physics Volume: 58 Issue: 7 Pages: 070902-070902
  • DOI: 10.7567/1347-4065/ab2866
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] データ駆動型網羅探索による新規圧力誘起超伝導体の加速的探索 (2019)
  • Author(s): 松本 凌、Hou Zhufeng、寺倉 清之、高野 義彦
  • Journal Title: 固体物理 Volume: 54 Pages: 413-420
  • NAID: 40021997613
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Pressure effect in Bi-2212 and Bi-2223 cuprate superconductor (2019)
  • Author(s): Adachi Shintaro、MATSUMOTO Ryo、HARA Hiroshi、SAITO Yoshito、SONG Peng、TAKEYA Hiroyuki、WATANABE Takao、Takano Yoshihiko
  • Journal Title: Applied Physics Express Volume: 12 Issue: 4 Pages: 043002-043002
  • DOI: 10.7567/1882-0786/ab0521
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Data-driven exploration of new pressure-induced superconductivity in PbBi2Te4 (2018)
  • Author(s): Matsumoto Ryo、Hou Zhufeng、Nagao Masanori、Adachi Shintaro、Hara Hiroshi、Tanaka Hiromi、Nakamura Kazuki、Murakami Ryo、Yamamoto Sayaka、Takeya Hiroyuki、Irifune Tetsuo、Terakura Kiyoyuki、Takano Yoshihiko
  • Journal Title: Science and Technology of Advanced Materials Volume: 19 Issue: 1 Pages: 909-916
  • DOI: 10.1080/14686996.2018.1548885
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Pressure-Induced Superconductivity in Sulfur-Doped SnSe Single Crystal Using Boron-Doped Diamond Electrode-Prefabricated Diamond Anvil Cell (2018)
  • Author(s): R. Matsumoto, H. Hara, H. Tanaka, K. Nakamura, N. Kataoka, S. Yamamoto, A. Yamashita, S. Adachi, T. Irifune, H. Takeya and Y. Takano
  • Journal Title: J. Phys. Soc. Jpn. Volume: 87 Issue: 12 Pages: 124706-124706
  • DOI: 10.7566/jpsj.87.124706
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Single Crystal Growth of Cuprate Superconductor (Lu0.8Nd0.2)Ba2Cu4O8 by KOH Flux Method (2018)
  • Author(s): H. Hara, S. Adachi, R. Matsumoto, A. Yamashita, H. Takeya,and Y. Takano
  • Journal Title: J. Phys. Soc. Jpn. Volume: 87 Issue: 12 Pages: 123705-123705
  • DOI: 10.7566/jpsj.87.123705
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Two pressure-induced superconducting transitions in SnBi2Se4 explored by data-driven materials search: new approach to developing novel functional materials including thermoelectric and superconducting materials (2018)
  • Author(s): Matsumoto Ryo、Hou Zhufeng、Hara Hiroshi、Adachi Shintaro、Takeya Hiroyuki、Irifune Tetsuo、Terakura Kiyoyuki、Takano Yoshihiko
  • Journal Title: Applied Physics Express Volume: 11 Issue: 9 Pages: 093101-093101
  • DOI: 10.7567/apex.11.093101
  • NAID: 210000136347
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Lithography-free control of the position of single-walled carbon nanotubes on a substrate by focused ion beam induced deposition of catalyst and chemical vapor deposition (2018)
  • Author(s): Sadki El-Hadi S.、Matsumoto Ryo、Takeya Hiroyuki、Takano Yoshihiko
  • Journal Title: Applied Physics Express Volume: 11 Issue: 8 Pages: 085101-085101
  • DOI: 10.7567/apex.11.085101
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Influence of Oxidation in Starting Material Sn on Electric Transport Properties of SnSe Single Crystals (2018)
  • Author(s): Yamashita Aichi、Ogiso Osamu、Matsumoto Ryo、Tanaka Masashi、Hara Hiroshi、Tanaka Hiromi、Takeya Hiroyuki、Lee Chul-Ho、Takano Yoshihiko
  • Journal Title: Journal of the Physical Society of Japan Volume: 87 Issue: 6 Pages: 065001-065001
  • DOI: 10.7566/jpsj.87.065001
  • NAID: 120006623967
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Observation of zero resistance in as-electrodeposited FeSe (2018)
  • Author(s): A. Yamashita, R. Matsumoto, M. Tanaka, H. Hara, K. Iida, B. Holzapfel, H. Takeya, Y. Takano
  • Journal Title: Solid State Commun. Volume: 270 Pages: 72-75
  • DOI: 10.1016/j.ssc.2017.11.018
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Diamond anvil cell using boron-doped diamond electrodes covered with undoped diamond insulating layer (2018)
  • Author(s): R. Matsumoto, A. Yamashita, H. Hara, T. Irihune, S. Adachi, H. Takeya, Y. Takano
  • Journal Title: Appl. Phys. Express Volume: AP180194 Issue: 5 Pages: 053101-053101
  • DOI: 10.7567/apex.11.053101
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Superconductivity and its enhancement under high pressure in “F-free” single crystals of CeOBiS 2 (2017)
  • Author(s): Tanaka Masashi、Nagao Masanori、Matsumoto Ryo、Kataoka Noriyuki、Ueta Ikuo、Tanaka Hiromi、Watauchi Satoshi、Tanaka Isao、Takano Yoshihiko
  • Journal Title: Journal of Alloys and Compounds Volume: 722 Pages: 467-473
  • DOI: 10.1016/j.jallcom.2017.06.125
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Diamond anvil cell using metallic diamond electrodes (2017)
  • Author(s): Matsumoto Ryo、Irifune Tetsuo、Tanaka Masashi、Takeya Hiroyuki、Takano Yoshihiko
  • Journal Title: Japanese Journal of Applied Physics Volume: 56 Issue: 5S3 Pages: 05FC01-05FC01
  • DOI: 10.7567/jjap.56.05fc01
  • NAID: 210000147811
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Superconducting joints Using Bi-added PbSn Solders (2017)
  • Author(s): R. Matsumoto, H. Iwata, A. Yamashita, H. Hara, G. Nishijima, M. Tanaka, H. Takeya, Y. Takano
  • Journal Title: Appl. Phys. Express Volume: 10 Issue: 9 Pages: 093102-093102
  • DOI: 10.7567/apex.10.093102
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Synthesis of LaO 0.5 F 0.5 BiS 2 nanosheets by ultrasonification (2017)
  • Author(s): Miura Akira、Ishii Satoshi、Nagao Masanori、Matsumoto Ryo、Takano Yoshihiko、Watauchi Satoshi、Tanaka Isao、Rosero-Navarro Nataly Carolina、Tadanaga Kiyoharu
  • Journal Title: J. Asian Cecamic Soc. Volume: 5 Issue: 2 Pages: 183-185
  • DOI: 10.1016/j.jascer.2017.04.003
  • Peer Reviewed
• [Presentation] シリコン基板表面における集束イオンビーム誘起超伝導 (2020)
  • Author(s): 松本 凌, E. S Sadki, 山本 紗矢香, 足立 伸太郎, 田中 博美, 齋藤 嘉人, 竹屋 浩幸, 高野 義彦
  • Organizer: 日本物理学会第75回年次大会
• [Presentation] 集束イオンビームを用いた超伝導回路のマスクレス描画 (2019)
  • Author(s): 松本 凌、E. S. Sadki、青戸 淳之介、山本 紗矢香、齋藤 嘉人、足立 伸太郎、田中 博美、竹屋 浩幸、高野 義彦
  • Organizer: 2019年第80回応用物理学会秋季学術講演会
• [Presentation] 層状窒化ハロゲン化物超伝導体AxTiNClの高圧力下電気抵抗測定 (2019)
  • Author(s): 松本 凌, 田中将嗣, 足立 伸太郎, 山本 紗矢香, 山本 貴史, 寺嶋 健成, 竹屋 浩幸, 入舩徹男, 高野 義彦
  • Organizer: 日本物理学会2019年秋季大会
• [Presentation] ダイヤモンド電極導入型DACを用いた150 GPa領域での水素化物の合成と測定 (2019)
  • Author(s): 松本 凌, 榮永茉利, 足立 伸太郎, 山本 紗矢香, 山本 貴史, 寺嶋 健成, 竹屋 浩幸, 入舩徹男, 中本有紀, 清水克哉, 高野 義彦
  • Organizer: 日本物理学会2019年秋季大会
• [Presentation] Data-driven Exploration for Pressure-induced Superconductors Using Novel Diamond Anvil Cell with Boron-doped Diamond Electrodes (2019)
  • Author(s): MATSUMOTO, Ryo, Hou ZHUFENG, YAMAMOTO, Sayaka, Masanori NAGAO, ADACHI, Shintaro, YAMAMOTO, Takafumi, SAITO, Yoshito, 宋 鵬, Hiromi TANAKA, TERASHIMA, Kensei, Tetsuo IRIFUNE, TAKEYA, Hiroyuki, Kiyoyuki TERAKURA, TAKANO, Yoshihiko
  • Organizer: MRM 2019
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] 硫化スズSnSの圧力誘起超伝導 (2019)
  • Author(s): 松本 凌，Song Peng, 齋藤 嘉人, 原 裕, 足立 伸太郎, 山本 紗矢香, 田中 博美3, 入舩 徹男, 竹屋 浩幸，高野 義彦
  • Organizer: 日本応用学会 2019春
• [Presentation] データ駆動的手法により選別されたAgIn5Se8の圧力誘起超伝導と最近の進捗 (2019)
  • Author(s): 松本 凌, 原 裕, Hou Zhufeng, 足立 伸太郎, Song Peng, 齋藤 嘉人, 田中 博美, 竹屋 浩幸, 入舩 徹男, 寺倉 清之, 高野 義彦
  • Organizer: 日本物理学会 2019春
• [Presentation] データ駆動的手法を用いた圧力誘起超伝導体の探索 (2018)
  • Author(s): 松本 凌, ホー ズーフォン, 原 裕, 長尾 雅則, 足立 伸太郎, 仲村 和貴, 村上 諒, 山本 紗矢香, 田中 博美, 宋 鵬, 齋藤 嘉人, 山下 愛智, 入舩 徹男, 竹屋 浩幸, 寺倉 清之, 高野 義彦
  • Organizer: 第79回応用物理学会 2018秋
• [Presentation] 補強材付きBi2223線材とNbTi線材のゼロ抵抗接合 (2018)
  • Author(s): 松本 凌, 渋谷 直哉, 西島 元, 足立 伸太郎, 田中 橘平, 原 裕, 山下 愛智, 田中 博美, 竹屋 浩幸, 高野 義彦
  • Organizer: 第79回応用物理学会 2018秋
• [Presentation] データ駆動的手法を用いた新規超伝導体の探索 (2018)
  • Author(s): 松本 凌, ホー ズーフォン, 原 裕, 長尾 雅則, 足立 伸太郎, 宋 鵬, 齋藤 嘉人, 山下 愛智, 田中 博美, 入舩 徹男, 竹屋 浩幸, 寺倉 清之, 高野 義彦
  • Organizer: 日本物理学会 2018秋
• [Presentation] ダイヤモンド電極導入型DACを用いた価数揺動物質Ce(O,F)SbS2の高圧力下電気抵抗測定 (2018)
  • Author(s): 松本 凌, 長尾 雅則, 田中 博美, 原 裕, 足立 伸太郎, 齋藤 嘉人, 宋 鵬, 山下 愛智, 入舩 徹男, 竹屋 浩幸, 高野 義彦
  • Organizer: 日本物理学会 2018秋
• [Presentation] Diamond Anvil Cell with Boron-doped Metallic Diamond Electrodes for Resistivity Measurement under High Pressure (2018)
  • Author(s): R. Matsumoto, A. Yamashita, H. Hara, T. Irifune, H. Tanaka, S. Adachi, H. Takeya, and Y. Takano
  • Organizer: HPSP18&WHS2
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] ダイヤモンド電極導入型DACによる100GPaへの到達と圧力下電気抵抗測定 (2018)
  • Author(s): 松本凌、高野義彦
  • Organizer: 第一回NPDワークショップ
  • Invited
• [Presentation] 微小ダイヤモンド電極導入型ダイヤモンドアンビルセルによる100 GPaへの到達と高圧力下電気抵抗測定 (2018)
  • Author(s): 松本 凌，山下 愛智，原 裕, 足立 伸太郎, 入舩 徹男, 田中 博美, 竹屋 浩幸，高野 義彦
  • Organizer: 2018年応用物理学会春季講演会
  • Invited
• [Presentation] 電極導入型ダイヤモンドアンビルセルによる高圧力下物性測定 (2018)
  • Author(s): 松本 凌, 原 裕, 山下 愛智, 山本 紗矢香, 田中 博美, 境 毅, 入舩 徹男, 足立 伸太郎, 竹屋 浩幸, 高野 義彦
  • Organizer: 2018年日本物理学会春季講演会
• [Presentation] Novel Diamond Anvil Cell for Transport Measurement under High Pressure without Difficult Wiring (2018)
  • Author(s): Ryo Matsumoto, Aichi Yamashita, Hiroshi Hara, Shintaro Adachi, Hiroyuki Takeya, Yoshihiko Takano
  • Organizer: APS2018
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] マルチメガバール領域での物性測定に向けた微小ダイヤモンド電極導入型ダイヤモンドアンビルセルの開発 (2017)
  • Author(s): 松本 凌，山下 愛智，原 裕, 入舩 徹男, 田中 博美, 竹屋 浩幸，高野 義彦
  • Organizer: 2017年応用物理学会秋季講演会
• [Presentation] ノンドープダイヤモンドを絶縁層とした金属ダイヤモンド電極導入型DACによる高圧力下物性測定 (2017)
  • Author(s): 松本 凌, 山下 愛智, 原 裕, 入舩 徹男, 田中 博美, 田中 将嗣, 竹屋 浩幸, 高野 義彦
  • Organizer: 2017年日本物理学会秋季講演会
• [Presentation] 絶縁層にダイヤモンド薄膜を利用した電極導入型DACの開発と物性測定 (2017)
  • Author(s): 松本凌，山下愛智，原裕，入舩徹男，田中博美，竹屋浩幸，高野義彦
  • Organizer: 2017年高圧討論会
• [Presentation] Diamond anvil cell with B-doped diamond electrodes (2017)
  • Author(s): Ryo Matsumoto, Aichi Yamashita, Hiroshi Hara, Hiromi Tanaka, Hiroyuki Takeya, Yoshihiko Takano
  • Organizer: TGSW2017
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Diamond Anvil Cell with Boron-doped Diamond Electrodes and Undoped Diamond Insulating Layer (2017)
  • Author(s): Ryo Matsumoto, Aichi Yamashita, Hiroshi Hara, Tetsuo Irifune, Hiromi Tanaka, Hiroyuki Takeya, Yoshihiko Takano
  • Organizer: ISS2017
  • Int'l Joint Research