二十面体構造のホウ素系物質による超伝導探索

• Project Area: New Materials Science Using Regulated Nano Spaces －Strategy in Ubiquitous Elements
• Project/Area Number: 22013010
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research on Priority Areas
• Allocation Type: Single-year Grants
• Review Section: Science and Engineering
• Research Institution: Osaka University
• Principal Investigator: 白井 光雲 大阪大学, 産業科学研究所, 准教授 (60178647)
• Project Period (FY): 2010 – 2011
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2011)
• Budget Amount: ¥2,400,000 (Direct Cost: ¥2,400,000); Fiscal Year 2011: ¥1,200,000 (Direct Cost: ¥1,200,000); Fiscal Year 2010: ¥1,200,000 (Direct Cost: ¥1,200,000)
• Keywords: 超伝導 / マテリアルデザイン / ドーピング / 半導体材料 / 第一原理計算 / 超伝導材料

Research Abstract

二十面体構造をベースとして持つ半導体ホウ素結晶を用いて高Tcを持つ超伝導を目指した理論研究である。第一原理計算を用いて適切なドーピング法を考え出し、実験家に提案することを目的とする。
この期間中に、
1)高圧でのα相の超伝導出現機構の解明。
2)常圧での超伝導出現を目指すべく、α相をベースに不純物をドープし金属化を図る。またそのための作成方法を提案する。
ことを掲げた。
1)に関しては、最近になり実験で、200 GPaまで相転移せずに金属化することが分かり、これまで我々が提案してきたボロンの相図が正しいことが証明された[1]。相転移がないにも関わらずなぜ半導体が金属化するのかその機構についても明らかにした。二十面体結合の柔軟性によるものである。
2)に関して、それまでα相へのLiドープが困難なのか容易なのか論争が続いていたが、それに決着をつけた[2]。常圧では僅かしかドープできないことが示された。超伝導応用のためにはより高濃度ドープが求められる。そのためには高圧ドープが有効であることを見いだし、実験家に提案している。
[1]K.Shirai,H.Dekura,Y.Mori,Y.Fujii,H.Hyodo and K.Kimura,J.Phys.Soc.Jpn.,80,(2011)084601.
[2]H.Dekura,K.Shirai,A.Yanase,Phys.Rev.B 84,094117(2011)

Research Products

• [Journal Article] Structural study of α-boron at high pressure (2011)
  • Author(s): K.Shirai, H.Dekura, Y.Mori, Y.Fujii, H.Hyodo, K.Kimura
  • Journal Title: J.Phys.Soc.Jpn. Volume: 80 Issue: 8 Pages: 84601-84613
  • DOI: 10.1143/jpsj.80.084601
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Efficient method for Li doping of α-rhombohedral boron (2011)
  • Author(s): H.Dekura, K.Shirai, A.Yanase
  • Journal Title: Phys.Rev.B Volume: 84 Issue: 9 Pages: 94117-94129
  • DOI: 10.1103/physrevb.84.094117
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Metallic Properties of Graphite at High Pressures (2011)
  • Author(s): Shirai K., Nakae N., Yanase A.
  • Journal Title: AIP Conf.Proc. Volume: 1399 Pages: 763-764
  • DOI: 10.1063/1.3666600
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Raman scattering and isotopic phonon effects in dodecaborides (2011)
  • Author(s): H Werheit, V Filipov, K Shirai, H Dekura, U Schwarz, M Armbruster
  • Journal Title: J.Phys.: Condens.Matter Volume: 23 Pages: 65403-65428
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Fermi surface and metallic properties of graphite at high pressures (2010)
  • Author(s): N.Nakae, J.Ishisada, K.Shirai, A.Yanase
  • Journal Title: J.Phys.Chem.Solids Volume: 71 Pages: 418-422
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Theoretical investigation on synthesizing BC_5 crystal (2010)
  • Author(s): N.Nakae, J.Ishisada, H.Dekura, Koun Shirai
  • Journal Title: J.Phys.: Conf.Ser. Volume: 215 Pages: 12116-12122
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Metallicity of boron carbides at high pressure (2010)
  • Author(s): H.Dekura, K.Shirai, A.Yanase
  • Journal Title: J.Phys.: Conf.Ser. Volume: 215 Pages: 12117-12122
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Electronic Structures and Its Mechanical Properties of Boron and Boron-rich Crystals (Part I) (2010)
  • Author(s): K.Shirai
  • Journal Title: J.Superhard Materials Volume: 32 Pages: 205-225
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Electronic Structures and Its Mechanical Properties of Boron and Boron-rich Crystals (Part II) (2010)
  • Author(s): K.Shirai
  • Journal Title: J.Superhard Materials Volume: 32 Pages: 336-345
  • Peer Reviewed
• [Presentation] シリコン結晶中の銅不純物の安定配置II (2012)
  • Author(s): 藤村卓功、白井光雲
  • Organizer: 日本物理学会年次大会
  • Place of Presentation: 関西学院大学西宮上が原キャンパス
  • Year and Date: 2012-03-24
• [Presentation] 第一原理計算によるα正方晶ホウ素の構造安定性の研究 (2012)
  • Author(s): 上村直樹、白井光雲
  • Organizer: 日本物理学会年次大会
  • Place of Presentation: 関西学院大学西宮上が原キャンパス
  • Year and Date: 2012-03-24
• [Presentation] SrTiO_3のバルク熱電特性 (2012)
  • Author(s): 白井光雲、山中一典
  • Organizer: 応用物理学会春季講演会
  • Place of Presentation: 早稲田大学早稲田キャンパス
  • Year and Date: 2012-03-17
• [Presentation] 融液成長における引き上げ速度の温度勾配への影響 (2012)
  • Author(s): 白井光雲、阿部孝夫
  • Organizer: 応用物理学会春季講演会
  • Place of Presentation: 早稲田大学早稲田キャンパス
  • Year and Date: 2012-03-17
• [Presentation] 融液成長シリコン結晶の温度勾配による熱応力の存在 (2012)
  • Author(s): 阿部孝夫、高橋徹、白井光雲
  • Organizer: 応用物理学会春季講演会
  • Place of Presentation: 早稲田大学早稲田キャンパス
  • Year and Date: 2012-03-17
• [Presentation] Analysis of the nitrogen-vacancy center in diamond from first-principles theory (2012)
  • Author(s): Y.Tanaka, K.Shirai
  • Organizer: The 15th SANKEN International Symposium 2012 ; The 10th SANKEN Nanotechnology Symposium
  • Place of Presentation: Icho-kaikan, Osaka University
  • Year and Date: 2012-01-12
• [Presentation] Stability arrangement of impurities of copper in silicon (2012)
  • Author(s): T.Fujimura, K.Shirai
  • Organizer: The 15th SANKEN International Symposium 2012 ; The 10th SANKEN Nanotechnology Symposium
  • Place of Presentation: Icho-kaikan, Osaka University
  • Year and Date: 2012-01-12
• [Presentation] Efficient method for Li doping of a-rhombohedral boron (2011)
  • Author(s): K.Shirai, H.Dekura, A.Yanase
  • Organizer: 第7回国内ホウ素・ホウ化物研究会
  • Place of Presentation: 国士舘大学世田谷キャンパス
  • Year and Date: 2011-12-03
• [Presentation] Material design for superconductivity on semiconducting boron (2011)
  • Author(s): Koun Shirai, Haruhiko Dekura, Naoki Uemura
  • Organizer: 特定領域研究国際会議「配列ナノ空間物質が拓く新物質科学:基礎と展開」
  • Place of Presentation: 東北大学片平さくらホール
  • Year and Date: 2011-11-24
• [Presentation] Stability arrangement of impurities of copper in silicon (2011)
  • Author(s): T.Fujimura, K.Shirai
  • Organizer: 7th Handai Nanoscience and Nanotechnology International Symposium
  • Place of Presentation: Icho-kaikan, Osaka University
  • Year and Date: 2011-11-11
• [Presentation] Material design for superconductivity on semiconducting boron (2011)
  • Author(s): Koun Shirai, Haruhiko Dekura, Naoki Uemura
  • Organizer: The 14th Asian Workshop on First-Principles Electronic Structure Calculations
  • Place of Presentation: The University of Tokyo
  • Year and Date: 2011-11-01
• [Presentation] Material design for superconductivity on semiconducting boron (2011)
  • Author(s): K.Shirai
  • Organizer: International Focus Workshop on Quantum Simulatios and Design
  • Place of Presentation: Dresden, Germany
  • Year and Date: 2011-09-27
• [Presentation] シリコン結晶中の銅不純物の安定配置 (2011)
  • Author(s): 藤村卓功, 白井光雲
  • Organizer: 日本物理学会秋季大会
  • Place of Presentation: 富山大学五福キャンパス
  • Year and Date: 2011-09-22
• [Presentation] ダイヤモンド中の単一NV中心の電子状態について (2011)
  • Author(s): 田中勇次, 白井光雲
  • Organizer: 日本物理学会秋季大会
  • Place of Presentation: 富山大学五福キャンパス
  • Year and Date: 2011-09-22
• [Presentation] α正方晶ホウ素の構造安定性 (2011)
  • Author(s): 上村直樹, Jagadeesh S., 白井光雲
  • Organizer: 日本物理学会秋季大会
  • Place of Presentation: 富山大学五福キャンパス
  • Year and Date: 2011-09-22
• [Presentation] Superconductivity of Icosahedron-Based Semiconducting Boron (2011)
  • Author(s): K.Shirai, H.Dekura
  • Organizer: E-MES 2011 Fall Meeting
  • Place of Presentation: Warsaw University of Technology, Poland
  • Year and Date: 2011-09-21
• [Presentation] Phase stability and superconductivity of boron at high pressures (2011)
  • Author(s): K.Shirai, H.Dekura
  • Organizer: 17th Int.Symp.Boron, Borides and Related Materials
  • Place of Presentation: Instanbul, Turkey
  • Year and Date: 2011-09-14
• [Presentation] Structural study of α-tetragonal boron by computational method (2011)
  • Author(s): S.Jagadeesh, N.Uemura, K.Shira
  • Organizer: 6^<th> Congress of the International Society for Theoretical Chemical Physics
  • Place of Presentation: Waseda University
  • Year and Date: 2011-09-03
• [Presentation] ダイヤモンド中の単一NV中心の電子状態について (2011)
  • Author(s): 田中勇次, 白井光雲
  • Organizer: 日本物理学会 春季大会
  • Place of Presentation: 新潟大学
  • Year and Date: 2011-03-27
• [Presentation] シリコン中のCu不純物の安定配置 (2011)
  • Author(s): 藤村卓功, 白井光雲
  • Organizer: 日本物理学会 春季大会
  • Place of Presentation: 新潟大学
  • Year and Date: 2011-03-27
• [Presentation] 第一原理計算による正方晶ボロンの構造探索 (2011)
  • Author(s): 上村直樹, 白井光雲
  • Organizer: 日本物理学会 春季大会
  • Place of Presentation: 新潟大学
  • Year and Date: 2011-03-25
• [Presentation] ホウ素結晶の相図予測と実証,最近の発展 (2011)
  • Author(s): 白井光雲
  • Organizer: 共同研究講演
  • Place of Presentation: 東北大学金属材料研究所
  • Year and Date: 2011-02-10
• [Presentation] 二十面体構造のホウ素系物質による超伝導材料 (2010)
  • Author(s): 白井光雲
  • Organizer: 第6回 ホウ素、ホウ化物研究会
  • Place of Presentation: 大阪大学 産業科学研究所インキュベーション棟
  • Year and Date: 2010-12-11
• [Presentation] Dynamics of Reorientation of Single Lattice Vacancy in Silicon (2010)
  • Author(s): K.Shirai, J.Ishisada
  • Organizer: The 6th Forum on The Science and Technology of Silicon Materials
  • Place of Presentation: Okayama University 50th Anniversary Hall
  • Year and Date: 2010-11-16
• [Presentation] 二十面体構造のホウ素系物質による超伝導材料探索 (2010)
  • Author(s): 白井光雲
  • Organizer: 第4回 物性科学領域横断研究会(7領域合同研究会)
  • Place of Presentation: 東京大学 武田先端知ビル武田ホール
  • Year and Date: 2010-11-14
• [Presentation] 正方晶ホウ素の構造 (2010)
  • Author(s): 白井光雲、出倉春彦, 柳瀬章
  • Organizer: 日本物理学会秋季大会
  • Place of Presentation: 大阪府立大学
  • Year and Date: 2010-09-24
• [Presentation] Beta NMR measurement of ^<58>Cu in Si (2010)
  • Author(s): M.Mihara, T.Izumikawa, H.Ueno, et al., K.Shirai
  • Organizer: HFI/NQI2010
  • Place of Presentation: CERN, Switzerland
  • Year and Date: 2010-09-14
• [Presentation] Superconductivity rsearch on semiconducting boron (2010)
  • Author(s): K.Shirai, H.Dekura
  • Organizer: 14th Hith Pressure Semiconductor Physics High Pressure Semiconductor Physics
  • Place of Presentation: Jilin University, Changchun, China(Invited Talk)
  • Year and Date: 2010-08-04
• [Presentation] Metallic properties of graphite at high pressures (2010)
  • Author(s): K.Shirai, N.Nakae, A.Yanase
  • Organizer: 30th International Conference on the Physics of Semidoncuctors ICPS 2010
  • Place of Presentation: COEX, Seoul, Korea
  • Year and Date: 2010-07-29
• [Presentation] Superconductivity rsearch on semiconducting boron solids (2010)
  • Author(s): K.Shirai, H.Dekura, A.Yanase
  • Organizer: International Conference on Core Research and Engineering Science of Advanced Materials (Global COE Program) & Third International Conference on Nanospintronics Design and Realization, 3rd-ICNDR
  • Place of Presentation: Osaka University Convention Center
  • Year and Date: 2010-05-30
• [Presentation] Dynamical stability of α-boron doped with Li (2010)
  • Author(s): H.Dekura, I.Hamada, A.Yanase, K.Shirai
  • Organizer: 13th International Conference on Phonon in Condensed Matter PHONONS 2010
  • Place of Presentation: The National Taiwan University, Taiwan, China
  • Year and Date: 2010-04-20
• [Book] 現代の熱力学 (2011)
  • Author(s): 白井光雲
  • Total Pages: 309
  • Publisher: 共立出版株式会社
• [Book] 密度汎関数理論の発展とマテリアルデザインへの応用 (2011)
  • Author(s): 赤井久純、白井光雲(編)
  • Total Pages: 371
  • Publisher: シュプリンガージャパン
• [Book] レアメタル便覧 (2010)
  • Author(s): 白井光雲(分担執筆)
  • Total Pages: 10
  • Publisher: 丸善
• [Remarks]
  • URL: http://www.cmp.sanken.osaka-u.ac.jp/~koun/research/highlights.html