2018 Fiscal Year Research-status Report
Study of pressure-temperature phase diagram of superconductivity competing with electronic nematic and magnetic ordered phases in iron-based superconductor
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18K03516
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| Research Institution | Shimane University |
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Principal Investigator |
三好 清貴 島根大学, 学術研究院理工学系, 教授 (10294365)
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| Project Period (FY) |
2018-04-01 – 2021-03-31
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| Keywords | 鉄系超伝導 / 圧力効果 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
2018年度はインデンター型圧力セルによる電気抵抗測定をFeSe単結晶試料に対して4 GPaまでの圧力範囲で行い、圧力相図中のネマティック相や磁気相、超伝導相の相境界線が概ね先行研究と同様であることを確認した。また、ダイヤモンドアンビルセル（DAC）を用いた同試料に対する圧力下磁化測定では、6 GPa程度の圧力印加で超伝導が消失することを発見した。超伝導消失は一軸的圧力印加による試料の変質が原因であると考えている。先行研究ではキュービックアンビルプレスにより高い静水圧を実現しているため、このような問題は起こっていない。液体アルゴンを圧力媒体として使用し初期圧力を制限することによりこの問題を回避できると考えており、2019年度に6 GPa以上の圧力範囲においても磁化および電気抵抗を行い、データを収集する予定である。
また、2018年度には対抗アンビルセルを今後運用していくための圧力印加テストを兼ねてFeSe単結晶試料に対しての電気抵抗測定を行った。CuBeガスケットを使用し、その場合5 GPa程度までの圧力発生が可能であることがわかった。今後はガスケット材としてNiCrAl合金、MP35N、鉄鋼系材料のS45Cなどを試し、10 GPaの発生を目指す。
さらに、2018年度はNaFeAsおよびNaFe1-xCoxAs系単結晶試料の作製を行った。NaFeAs系試料はほぼ作製法を確立できたといえる。Coドープ系に関しては、現段階ではドープ量が仕込み量よりも少ないことが明らかになったので今後作製法を工夫して改善したい。本格的な物性測定は2019年度以降に行う。1111系については、La、Sm系に引き続き、Pr、Nd系の圧力誘起超伝導試料の作製に着手した。
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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
FeSe単結晶試料に対して5 GPa以上の圧力下で電気抵抗及び磁化測定を行うための主な問題として一軸的圧力印加による試料の変質であり、超伝導は消失する。この問題を回避する手段として、圧力媒体として液体アルゴンを使用し、初期圧力をある値以下に制限することが有効であることが昨年度までの研究から明らかになりつつある。また、10 GPa級の圧力を発生できる対抗アンビルセルにも液体アルゴンを導入することは今後の課題であるが、既にDACに対して同じ事を行っているので比較的容易に実行可能であると考えている。また、対抗アンビルセルを用いた測定についても昨年度の実績があるため、今後、適当なガスケットを選定し測定圧力上限を上げることは容易に実現できると考えている。その他、FeSeの測定用単結晶試料についても高品質かつ十分な量の試料を準備できている。
NaFeAs系や1111系の圧力相図の研究についても、10 GPa級の圧力下電気抵抗測定が可能となれば大幅な進展が期待される。
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| Strategy for Future Research Activity |
FeSe系については、圧力中で試料が変質するメカニズムを探るために高圧印加により超伝導が消失した試料の結晶構造解析を行い、消失前後の構造変化を明らかにする。また、DACを用いた高圧下磁化測定において、液体アルゴンを使用して初期圧力を低く抑えると超伝導が消失せず6 GPa以上の高圧まで観測可能であるが、その臨界圧力は具体的にいくらなのか、その圧力を超えることで何が起こるのかを究明する。次のステップとして、対抗アンビルセルをガスケット材を選定し10 GPa級の圧力が発生できるように技術開発を行う。さらに新たにアルゴン液化装置と油圧プレスにより荷重印加しながら使用可能な液体アルゴンバスを作製し対抗アンビルセルを液体アルゴンを圧力媒体として使用可能にする。対抗アンビルセルにおいてもFeSeの高圧領域の観測のために初期圧力の調整が必要になるが、試料の電気抵抗をモニターしながら荷重印加していけば調整可能であると考えている。対抗アンビルセルを用いた高圧下電気抵抗測定とDACを用いた圧力下ゼロ磁場冷却および磁場中冷却磁化測定を通して真の圧力相図を解明したい。
NaFeAs系についてはCoドープ型単結晶の良質試料を作製するとともに、ノンドープNaFeAs系については圧力下磁化・電気抵抗測定を行い圧力相図を確立する。昨年度行ったピストンシリンダーセルによる低圧領域の電気抵抗測定では2 GPa程度以上で超伝導転移温度Tcの急上昇が観測されており、より高圧での電気抵抗測定や高圧下磁化測定を行うことを計画している。1111系については、昨年度のNd、Pr系に引き続き、Ce系の圧力誘起超伝導を示す試料を作製に取り組む予定である。試料の作製が出来次第、圧力下測定を実行し圧力相図を解明したい。
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| Causes of Carryover |
少し余っただけで特に意味はない。
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