2015 Fiscal Year Annual Research Report
有機分子インターカレーションによる新超伝導体の創製と超伝導発現機構の研究
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15J00940
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| Research Institution | Tohoku University |
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Principal Investigator |
畑田 武宏 東北大学, 工学研究科, 特別研究員(DC1)
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| Project Period (FY) |
2015-04-24 – 2018-03-31
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| Keywords | 超伝導 / インターカレーション / セレン化鉄 / 二次元層状物質 / 有機分子 / アルカリ金属 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
近年、鉄系超伝導体FeSe(超伝導転移温度Tc = 8 K)に対して、有機分子とアルカリ金属・土類金属をインターカレートすることで、Tcが上昇することが報告されている。また、これまでの結果から、報告者は、FeSe系超伝導体においてはFe-Fe層間距離dが伸長するとTcが上昇する傾向にあることを見出した。そこで、本研究の目的は、様々な有機分子を用いてdが長い物質を合成し、高いTcを実現することと、その原因を特定し、鉄系超伝導体における超伝導発現機構を解明することで、高いTcを持つ物質を合成する指針を得ることである。本年度実施した研究を以下に示す。
1.試料作製・評価:2-フェニルエチルアミン(C8H11N)にLi,Naを溶かして、FeSeへのインターカレーションを試みた。粉末X線回折の結果から、2-フェニルエチルアミンとLi, Naがインターカレートした化合物Ax(C8H11N)yFe2-zSe2 (A = Li, Na)の合成に成功したことが確認できた。また、d = 1.9 nm(A = Li), d = 1.8 nm(A = Na)と見積もられたが、この値は、現在確認されているバルクのFeSe系超伝導体の中で最も大きい。
2.超伝導特性:Ax(C8H11N)yFe2-zSe2 (A = Li, Na)の超伝導特性を調べるために、磁化率の温度依存性を測定した。その結果、43 K付近で超伝導転移が観測された。この結果から、新FeSe系超伝導体の合成に成功したことを確認した。
Ax(C8H11N)yFe2-zSe2 (A = Li, Na)は、FeSe系超伝導体のdとTcの関係を明らかにする上で重要な物質であると考えられる。今後は、この物質の詳しい物性等を調べるとともに、他の有機分子を用いて様々なdを持った超伝導体の合成を行う予定である。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
2-フェニルエチルアミン(C8H11N)とアルカリ金属をFeSeにインターカレートすることで、Tc～43 Kの新しいインターカレーション超伝導体Ax(C8H11N)yFe2-zSe2 (A = Li, Na)の合成に成功した。また、この物質のFe-Fe層間距離dは、d = 1.9 nm(A = Li), d = 1.8 nm(A = Na)と見積もられ、この値は、現在確認されているバルクのFeSe系超伝導体の中で最も大きい。このことから、FeSe系超伝導体において、d値が0.9 nmまでは、dの伸長に伴ってTcは上昇するが、dが0.9 nm以上になるとTcはほぼ一定になる傾向があると思われる。その意味でもTcは上昇しなかったが、dが一番伸長した物質を合成できたことは、本研究がおおむね順調に進展していることを示している。
今回得られたAx(C8H11N)yFe2-zSe2 (A = Li, Na)は、FeSe系超伝導体のdとTcの関係を明らかにする上で、重要な物質であると考えられる。今後は、この物質の詳しい物性等を調べるとともに、他の有機分子を用いて様々なdを持った超伝導体の合成を行う予定である。
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| Strategy for Future Research Activity |
今後の方針としては、本年度合成に成功したAx(C8H11N)yFe2-zSe2 (A = Li, Na)の詳しい物性等を調べる予定である。また、FeSe系超伝導体のdとTcの関係性を明らかにするために、他の有機分子を用いて様々なdを持った超伝導体の合成も同時に行い、合成した物質の結晶構造や、物性を詳しく調べ、インターカレーションによりTcが変化した理由を明らかにしたいと考えている。
他には、インターカレートする金属を、アルカリ土類金属にして電子キャリアのドーピング量を変え、Tcの変化を観測したいと考えている。
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[Journal Article] Enhanced superconducting transition temperature in hyper-interlayer-expanded FeSe despite the suppressed electronic nematic order and spin fluctuations2015
Author(s)
M. M. Hrovat, P. Jeglic, M. Klanjsek, T. Hatakeda, T. Noji, Y. Tanabe, T. Urata, K. K. Huynh, Y. Koike, K. Tanigaki, and D. Arcon
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Journal Title
Physical Review B
Volume: 92
Pages: 094513 - 094513
DOI
Peer Reviewed / Int'l Joint Research
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