2017 Fiscal Year Annual Research Report
逆ペロブスカイト酸化物の新超伝導体と関連物質の研究
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17J07577
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| Research Institution | Kyoto University |
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Principal Investigator |
池田 敦俊 京都大学, 理学研究科, 特別研究員(DC1)
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| Project Period (FY) |
2017-04-26 – 2020-03-31
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| Keywords | 超伝導 / 逆ペロブスカイト酸化物 / ディラック電子 / トポロジカル絶縁体 / トポロジカル超伝導 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本年度はまず、2016年に我々が発見した逆ペロブスカイト酸化物初の超伝導体であるSr(3-x)SnOの試料の質の向上に取り組んだ。従来の合成法では、原料であるSrとSnOを反応させるための加熱段階でSrが蒸発し、この物質での超伝導に重要な欠損量xを調整することが困難だった。そこで我々はSrの蒸発を抑えるかわりに、原料として用いるSrの量を減らすことによって欠損を生み出す方法を開発した。これにより、欠損量が一定の試料を再現性良く作ることが可能となった。この成果はSuperconductivity Science and Technology誌に掲載された。
次に、この新しい合成法を用いて、原料として用いるSrの欠損量と超伝導の転移温度や体積分率の関係を調査した。すると、原料の欠損量によって転移温度はほとんど変化しない代わりに、体積分率が大きく変わることが分かった。これは超伝導になる相(例えばSr(3-x1)SnO)とならない相(Sr(3-x2)SnO)への相分離で解釈でき、化学的に安定な欠損量x1とx2の存在を示唆している。この成果は、超伝導に最適な欠損量xや、欠損と超伝導の関係を理解するための第一歩となった。
さらに、超伝導を示す試料と示さない試料について、スズのメスバウアー効果を測定した。この実験ではスズのイオン価数を知ることができ、酸化物では珍しいSn4-という金属陰イオンと整合的な結果が得られた。金属陰イオン状態はこの物質を研究する動機の一つであり、さらなる興味深い現象が金属陰イオンに関連して発見される可能性がある。
また、超伝導を示すと考えられるSr2.5SnO (つまりx=0.5)のエネルギーバンド計算を行った。これにより物質中で電子がどのような状態で存在するのか理論的に予想でき、この物質を研究する動機であるトポロジーの解析に役立つと期待できる。
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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
実施計画に記載したとおり、Sr欠損量と超伝導転移温度の関係を示す相図を作成した。超伝導を示す単相の物質の合成には至らなかったが、化学的に安定な複数の存在を示唆するデータが得られた。単結晶育成にも取り組んでおり、超伝導を示す単結晶が得られれば正確な欠損量と超伝導の関係を明らかにできると予想されるから。
当初は2年目に予定していたメスバウアー実験を開始した。室温での測定の結果、本研究の動機の一つであるSn4-状態と整合的なデータが得られたから。2年目では、質を向上させ多試料についての低温でのメスバウアー実験を予定している。
また、Sr3SnOに関連するいくつかの逆ペロブスカイト酸化物の合成にも成功した。超伝導は見つかっていないが、申請段階での計画どおり次年度にさらに合成を続けていく予定だから。
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| Strategy for Future Research Activity |
原料の組成比や加熱過程を変化させながら、超伝導体積分率の大きいSr(3-x)SnOの合成を目指す。
また、欠損のあるSr(3-x)SnOと欠損のないSr3SnOについてSnのメスバウアー分光を低温で測定し、Sr欠損の影響や超伝導によるSnの状態の変化を観測する。
同時にSr3SnO以外の逆ペロブスカイト酸化物における超伝導の探索も継続する。従来の計画では酸素欠損によるキャリアドープを考えていたが、そのほかにも元素置換でのキャリアドープも予定している。
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| Remarks |
Poster Award of Oxide Superspin 2017 (Oxide Superspin Core-to-Core Programme)受賞、2017年11月27日
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