2015 Fiscal Year Research-status Report
一次元伝導性を持つプラセオ系銅酸化物の単結晶育成と圧力下における異方的伝導性
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15K05163
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| Research Institution | Niigata University |
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Principal Investigator |
石川 文洋 新潟大学, 自然科学系, 准教授 (50377181)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
山田 裕 新潟大学, 自然科学系, 教授 (10242835)
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| Project Period (FY) |
2015-04-01 – 2018-03-31
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| Keywords | 単結晶 / 銅系酸化物 / 一次元伝導 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本課題はプラセオ系銅酸化物である Pr2Ba4Cu7O15(Pr247) の電気伝導性の異方性を測定する事で一次元伝導性の発現機構を明らかにすることを目的としている。この目的を達成するには単結晶試料の作成が不可欠であり，高圧酸素中で溶融法による単結晶育成を試みた。Pr247は非常に限定された育成条件を持つことは先行研究から知られており，この条件を再現することを行った。しかし単純に条件を同じにするだけではPr247単結晶育成はできなかった。そこで育成条件を見極められるようにルツボ内の融液の温度を記録し解析することで示差熱を解析的に求めて融点の評価を行った。その結果，先行研究に比べて30℃以下の所に育成に適した領域が存在することがわかった。これは使用した電気炉に起因した温度分布に依存するものと考えられる。育成条件を探査した結果，Pr247相を主相とする育成条件を発見できた。ルツボ材質に起因した不純物混入の効果から，アルミナルツボよりもマグネシアルツボの方がPr247にも含まれる銅二重鎖構造が組みやすいこともわかった。X線解析の結果からPr247相の割合は50%越え，124相が27%を占めた。しかし0.2mm角以上の大きさでスクリーニングを行った結果，取り出せた試料はPr124相のもので，この板状試料のX線回折はPr124のc軸配向を示した。このことからPr247相は大きく成長はしておらず，粉末状のものとして存在していると考えらえる。今回は，目的とするとPr247相の単結晶試料を得ることはできなかったが，Pr124相単結晶も育成困難な試料でありこれに成功したことも大きな成果である。Pr247相の最適条件もごく近傍にあることが予想される。一方，フッ素置換した多結晶試料を用いたドーピングの検証は，良質な試料を作ることができなかった。
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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
Pr247単結晶の試料育成は困難であることは知られており，報告例がほとんどない。今回の成果として，育成試料の中にPr247相を含む試料を得ることができた点と，Pr247相のごく近傍の条件と考えられるPr124相の単結晶の取り出しに成功した点が挙げられる。前者は目的に即した成果として，後者は付随的に得られるものとしては最大限の成果である。これらの点からPr247単結晶試料を得る目的は概ね達成できたと考えられる。一方，フッ素置換によるキャリアドーピングの試みは全く上手くいかなかった。合成条件の探査が困難であり，合成条件が比較的緩やかなPr123組成の合成も成功しなかった。本物質系に対するフッ素置換は上手くいかない可能性が高い。
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| Strategy for Future Research Activity |
Pr247組成の単結晶育成条件の探査を大型化の観点から行う。現行の条件は先行研究の条件を再現している点があり本研究での育成としては最適化されていない。特に，急冷温度が幅が広いことは大型単結晶の育成に悪い影響を与えている可能性が高い。このため温度条件の最適化を試みる。示差熱的な解析により酸素圧と融点の関係を調査しPr247相に最適な条件の探査の指針とする。また，Pr124単結晶が得られたことからこの試料を用いた圧力下の電気伝導性の調査を行う。本研究で用いる圧力セルには試料は小さいため，微小試料に端子をつけるこの圧力セル用の技術を確立する。元素置換によるドーピングの試みはフッ素置換では上手くいかなかったが，今後バリウムのランタン置換及び水素化によるドーピングを試みる。
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| Causes of Carryover |
消耗品の購入予定品の購入が遅れたため。
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| Expenditure Plan for Carryover Budget |
少額であることから，次年度に合わせて執行する。
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