パラジウム酸化物におけるエキゾチック超伝導とスピンギャップレス半導体の探索

2015 Fiscal Year Research-status Report

• Project/Area Number: 15K13519
• Research Institution: Nagoya University
• Principal Investigator: 寺崎 一郎 名古屋大学, 理学(系)研究科(研究院), 教授 (30227508)
• Project Period (FY): 2015-04-01 – 2017-03-31
• Keywords: 超伝導材料 / スピンエレクトロニクス / 強相関電子系 / 半導体物性

Outline of Annual Research Achievements

パラジウム(Pd)イオンは2価と4価が安定なValence Skipperである。特に、多くの2価のPdイオンを含む酸化物は小さなギャップを持った非磁性半導体になりやすい。本申請研究では、ドープによって生じた伝導体中のキャリアが、4価のPdイオン由来のホールペアと見なしえるかどうかを電子輸送特性や磁性の観点から議論し、低温において超伝導の兆候を探索する。
さらに、同じパラジウム酸化物半導体に磁性イオンをドープすることによって、スピンギャップレス半導体と呼ばれる電子相の創成を試みる。スピンギャップレス半導体とは、アップスピンの価電子帯とダウンスピンの伝導帯が電荷ギャップゼロで連結した物質である。その物性として巨大な磁気抵抗を示すなどスピントロニクスに応用可能な興味深い特性が予言されているが、明確に確認された実験例はない。
第1年度である27年度は、両方の物質を合成したが、特にCaRd3O4のPdサイトの置換効果を調べ、PdをCuで80%置換することに成功した。これはもはやCaCu3O4という新物質を合成したことに近い。この物質がこれまで合成されていない理由は、原料以外にNaClをフラックスとして混合した低温固相反応法を用いたためである。
PdとCuの固溶体は、Cu置換量とともにバンド絶縁体からモット絶縁体へゆるやかに移り変わった。一連の試料の磁化率、電気抵抗率、ゼーベック係数を4から800 Kの温度で計測し、現在その物性を解析中である。

Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

超伝導を示す試料を見出すことはできなかったが、CaPd3O4と同型の銅酸化物CaCu3O4の合成と物性測定に成功している。この特徴的なCuOネットワークは、3次元的ネットワークをもつCuO平面と見なすことができ、高温超伝導と類似の超伝導が発現してもよい幾何学形状をしている。新奇超伝導を探索するには魅力的な物質である。

Strategy for Future Research Activity

第2年度はPbPdO2における異常磁気伝導効果の探索に研究を広げるとともに、第1年度で見出したCaCu3O4の超伝導化に取り組む。

Causes of Carryover

今年度はPdサイトのCu置換試料の研究を行い、原料試薬が予定金額よりかなり安くすんだ。また物性測定も室温以上での測定を中心にしたため寒剤も予定金額より安くすんだ。

Expenditure Plan for Carryover Budget

昨年度の実績を踏まえ、試料作成のバリエーションを広げる。また物性測定もPPMSを用いた低温磁化測定を行う。