2016 Fiscal Year Annual Research Report
Clarification of the correlation between functionality and chemical pressure in BiCh2-based compounds
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16H04493
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| Research Institution | Tokyo Metropolitan University |
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Principal Investigator |
水口 佳一 首都大学東京, 理工学研究科, 助教 (50609865)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
三浦 章 北海道大学, 工学研究院, 助教 (10603201)
寺嶋 健成 岡山大学, 異分野基礎科学研究所, 特別契約職員(講師) (20551518)
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| Project Period (FY) |
2016-04-01 – 2019-03-31
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| Keywords | BiS2系超伝導 / 熱電変換材料 / 層状化合物 / 化学圧力 / 電子状態 / 局所構造 / Ｘ線回折 / 光電子分光 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
BiS2系層状化合物の超伝導特性と熱電変換性能に関して，化学圧力効果の観点から解明することを目指し，新物質の創出，物性評価，局所構造および電子状態の解明を行った．
平成28年度は，Eu0.5La0.5FBiS2-xSex系を新規に合成し，Se置換によってバルク超伝導が発現することを見出した．本系の局所構造と電子状態を，放射光Ｘ線回折および放射光Ｘ線吸収分光，光電子分光を用いて解明した．Eu0.5La0.5FBiS2-xSex系ではSe置換により超伝導面内の局所乱れが抑制され，同時にブロック層のEu価数揺動も抑制されることがわかった．化学圧力の印加により，Euイオンの価数が2.4＋から2.1＋へと減少するため，Euから供給されるキャリアが減少することがわかった．すなわち，化学圧力上昇による超伝導発現は，キャリア量の増加ではないと考えられる．よって，超伝導発現の要素が，面内化学圧力上昇による面内局所構造乱れの抑制であることがわかった．
熱電変換材料として，REOBiCh2（Ch = S, Se）系の熱電物性および電子状態・局所構造の研究を行った．REOBiCh2系では，LaOBiS2にSeを置換することで高熱電変換性能が発現する．よって，化学圧力効果と電子状態・局所構造の相関を見出すことが特性向上において重要である．平成28年度は，熱電物性とバンド計算・光電子分光から得られた電子状態の相関を議論した．Se置換によりバンドギャップが狭くなることを見出し，さらにフェルミ準位近傍での電子状態についても詳細に測定を行った．
新規機能性材料開発を目指して物質探索を行ったところ，LaOInS2を発見した．
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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
新物質（Eu0.5La0.5FBiS2-xSex）の合成に成功したことと，超伝導発現条件として面内の局所構造乱れの抑制がが重要であることを見出したことから，研究計画で示した研究目標を達成できていると考える．また，新規物質LaOInS2を発見し，化学圧力をパラメータとした光電子分光による電子状態評価が順調に進んでいるため，本研究は順調に進展していると考える．
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| Strategy for Future Research Activity |
初年度に得られた研究成果から，同様の手法でBiS2系の新物質をデザインできている．よって，平成29年度はEu0.5La0.5FBiS2-xSex系の周辺物質での物質開発および物性評価を系統的に行うことで，より詳細な「化学圧力効果と機能性の相関」が解明できると考えている．
新物質LaOInS2の物性を解明するとともに，周辺物質の探索を行う．
熱電材料としての特性向上を目指すために，化学圧力を系統的に変化させた系（REOBiCh2系）の光電子分光・Ｘ線吸収分光実験を継続して推進する．
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[Journal Article] Electronic structure of self-doped layered Eu3F4Bi2S4 material revealed by x-ray absorption spectroscopy and photoelectron spectromicroscopy2017
Author(s)
E. Paris, T. Sugimoto, T. Wakita, A. Barinov, K. Terashima, V. Kandyba, O. Proux, J. Kajitani, R. Higashinaka, T. D. Matsuda, Y. Aoki, T. Yokoya, T. Mizokawa, N. L. Saini
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Journal Title
Phys. Rev. B
Volume: 95
Pages: 035152-1-5
DOI
Peer Reviewed / Int'l Joint Research
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[Journal Article] Ce 4f electronic states of CeO1-xFxBiS2 studied by soft x-ray photoemission spectroscopy2017
Author(s)
T. Wakita, K. Terashima, T. Hamada, H. Fujiwara, M. Minohara, M. Kobayashi, K. Horiba, H. Kumigashira, G. Kutluk, M. Nagao, S. Watauchi, I. Tanaka, S. Demura, H. Okazaki, Y. Takano, Y. Mizuguchi, O . Miura, K. Okada, Y. Muraoka, T. Yokoya
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Journal Title
Phys. Rev. B
Volume: 95
Pages: 085109-1-9
DOI
Peer Reviewed / Int'l Joint Research
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[Journal Article] Determination of the local structure of CsBi4-xPbxTe6 (x=0, 0.5)by X-ray absorption sepctroscopy2016
Author(s)
T. Wakita, E. Paris, M. Y. Hacisalihoglu, K. Terashima, H. Okazaki, O. Proux, I. Keieffer, E. Lahera, W. Del Net, L. Olivi, Y. Takano, Y. Muraoka, T. Yokoya, N. L. Saini
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Journal Title
Phys. Chem. Chem. Phys.
Volume: 18
Pages: 25136-25142
DOI
Peer Reviewed / Int'l Joint Research
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