2021 Fiscal Year Annual Research Report
Synthesis and Development of Room-Temperature Superconducting Device
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20H05644
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| Research Institution | Osaka University |
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Principal Investigator |
清水 克哉 大阪大学, 大学院基礎工学研究科, 教授 (70283736)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
河口 沙織 公益財団法人高輝度光科学研究センター, 回折・散乱推進室, 主幹研究員 (00773011)
高野 義彦 国立研究開発法人物質・材料研究機構, 国際ナノアーキテクトニクス研究拠点, MANA主任研究者 (10354341)
石河 孝洋 東京大学, 大学院理学系研究科(理学部), 特任助教 (40423082)
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| Project Period (FY) |
2020-08-31 – 2025-03-31
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| Keywords | 高温超伝導 / 超伝導デバイス / 超高圧 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では、室温動作超伝導デバイスの実現にむけ、室温超伝導体の探索と、高圧力のまま超伝導材料をデバイスに利用することを進めてる。代表者清水の実験技術を基盤に、分担者の石河の理論物性予測、河口の超高圧下結晶構造解析、分担者の高野のデバイス化が協力する開発研究である。
清水は3元系水素化物を中心に水素化物の合成実験に取り組んだ。3元系とは、2つの元素と水素からなる3元系の水素化物である。すでに2元系では多くの高温超伝導水素化物が理論提案され、それらのうちいくつかは実験検証もなされている。しかしこれら2元系は150 GPaを超える超高圧力を必要とする。デバイス化を見据えて、比較的低い圧力（100 GPaを下回る圧力）で比較的高い（100 Kを超える）超伝導転移温度を目指した。一つのダイヤモンドアンビル内で、試料合成とその場観測が可能なシステム構築がされている研究は他に例がなく、水素化物超伝導研究の牽引と同時に、水素化物超伝導体の社会実装へ道を拓く可能性がある。河口によってSPring-8内に整備された高圧ガス充填装置によって、高密度に圧縮された水素ガスを水素化させる試料の入った試料室に充填した。石河は、第一原理計算と進化的アルゴリズムに立脚したマテリアルズ・インフォマティクスにより水素化物の超伝導予測器を作成して、３元系水素化物のY2S2H29などを選出した。データ駆動による新奇高温超伝導水素化物の高効率・高精度探索が可能となる。高野は、水素化物超伝導体の探索に必須な高圧合成と物性測定が同時に行えるヒーター内蔵型ダイヤモンドアンビルセルを開発し、これを用いて新たにSn3S4系超伝導体を発見することができた。この相は常圧では不安定なためこれまでの方法では発見できない新規超伝導体である。本手法を発展させることにより、新たな高温超伝導体を圧力下で発見することが期待される。
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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
探索開発研究と同時に以下の問題の解決が進行中である。
1．試料室中の水素は圧力下で金属等の物質やダイヤモンドの結晶格子間に侵入しやすいため、加圧やレーザー加熱によりダイヤモンドアンビルが破砕することで合成実験が困難となる。
2．超伝導予測器によって高温超伝導候補の物質の選出しているが、実験で再現されないことが少なくない。
3．ヒーター内蔵型ダイヤモンドアンビルは熱伝導に優れているため、アンビルは瞬時に等温になる一方で、アンビルを支える台座を通じて、熱がセル本体に逃げて試料が十分加熱できない。
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| Strategy for Future Research Activity |
ダイヤモンドへの水素侵入には、精密コーティング/エッジングシステムによるダイヤモンドアンビル表面のエッチングとコーティングの最適条件の探査を行う。ダイヤモンドアンビル表面のナノレベルの平滑化と、アンビル表面と水素が直接接しないためのアルミナ等のコーティングを試行する。理論予測の精度をさらに高めるために他の機械学習の手法を計画している。また、デバイス製造のための加熱機構開発においては、ダイヤモンドアンビルを受ける台座材料として、機械的強度に優れかつ断熱性が高い材料を探索する。現在セラミックスZrO2の利用を検討している。
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Research Products
(34 results)
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[Journal Article] High-pressure synthesis of superconducting Sn3S4 using diamond anvil cell with boron-doped diamond heater2022
Author(s)
Ryo Matsumoto, Kensei Terashima, Satoshi Nakano, Kazuki Nakamura, Sayaka Yamamoto, Takafumi D.Yamamoto, Takahiro Ishikawa, Shintaro Adachi, Tetsuo Irifune, Motoharu Imai, Yoshihiko Takano
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Journal Title
Inorg. Chem.
Volume: 61(10)
Pages: 4476～4483
DOI
Peer Reviewed
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[Journal Article] Mixed-valence state and structure changes of EuHx (x=2 and 2<x≦3) under high-pressure H2 atmosphere2021
Author(s)
Keiji Kuno, Takahiro Matsuoka, Ryo Masuda, Takaya Mitsui, Makoto Seto, Akihiko Machid, Hiroshi Fujihisa, Naohi Hirao, Yasuo Ohishi, Katsuya Shimizu, Shigeo Sasaki
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Journal Title
Journal of Alloys and Compounds
Volume: 865
Pages: 158637-1～6
DOI
Peer Reviewed
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