2021 Fiscal Year Research-status Report
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20K05078
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| Research Institution | Osaka University |
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Principal Investigator |
中本 有紀 大阪大学, 基礎工学研究科, 特任准教授(常勤) (90379313)
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| Project Period (FY) |
2020-04-01 – 2023-03-31
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| Keywords | 水素 / 高圧力 / 金属化 / 超伝導 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
最もシンプルな元素である水素は450万気圧（450 GPa）の超高圧力下で金属化し、さらに室温超伝導を示すとの理論予測がある。しかしながらその圧力は高く実験的に困難であることから未だ実証には至っていない。本課題「超高圧力下の水素の金属化および超伝導研究」の実験を遂行するに必要な圧力発生技術開発として、ごく最近400 GPaを超える超高圧発生に成功した。このトロイダル型ダイヤモンドアンビルセルを用いることで、水素について400 GPaを超えた未踏の超高密度生成とその物性測定に挑戦する。
①超高圧条件下での水素の結晶構造転移の検証。②超高圧下での電気伝導度測定により水素の金属転移現象および室温超伝導の実験的検証。これら2点を主要な目的とし、クリーンなエネルギーを目指した常温常圧下の超伝導体の材料設計に展開したい。
今年度は、400 GPaを超える超高圧下で電気抵抗測定を可能にするための条件出しとして、数μmサイズの試料に電極や絶縁層などの配置につて最適化を試みた。
①アンビルキュレット面のイオンエッチングによる水素の侵入を防ぐための表面処理 ②絶縁材料（MgO）の選定や絶縁層厚みや形状の最適化 ③蒸着電極のほか、電気伝導性の高いボロンドープドダイヤモンドなど電極作製法の決定 ④水素封入法について検討 トロイダル型アンビルへの電極の挿入、そしてラマン測定から水素の封入に成功したことが明らかになった。しかしながら電気抵抗測定で重要となる電気的絶縁がとれていないことがわかった。今年度はこの電極や絶縁層の試作に注力した。
加えて、これまでにレジスタンスブリッジ測定用端子を数μmほどの試料まで挿入し電気抵抗測定用システムをくみあげSPring-8 放射光のビームラインBL10XU既存の冷凍機に組み込み、幅広い温度・圧力領域においてX線回折測定と電気抵抗測定の同時測定を行なうことを可能にした。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
高圧下での水素の電気抵抗には次のような難しい問題点が考えられている。アンビルのキュレット表面上のマイクロクラックに水素が侵入しアンビルを破壊する、水素は圧縮率が大きく封入の際に電極や絶縁層が崩れ易い、複雑なトロイダル形状のため電極が断線するリスクが高い。今年度までにこれらトロイダル型アンビルへの数μｍ試料穴への電極の挿入に成功し、水素封入も成功した。しかしながら電気的絶縁がとれていないことが新しい問題となっている。これを改善する必要がある。
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| Strategy for Future Research Activity |
これまでにレジスタンスブリッジ測定用端子を数μmほどの試料まで挿入し電気抵抗測定用システムをくみあげSPring-8 放射光のビームラインBL10XU既存の冷凍機に組み込み、幅広い温度・圧力領域においてX線回折測定と電気抵抗測定の同時測定を行なうことを可能にした。
またトロイダル型アンビルへの電極の挿入および水素封入を可能にした。試料である水素の圧縮率が大きいことから、試料周辺の電極や絶縁層、試料穴が大きく変形する。このことが電気抵抗測定を困難にしているため、等方的に圧縮され試料穴がトロイダルアンビルのキュレット中心に保たれるよう条件の最適化をおこなってきた。しかしながら電気抵抗測定で重要となる金属的絶縁がとれていなことが明らかになったため、エッチング等の表面処理を行うことで改善したい。
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| Causes of Carryover |
高圧下での水素の電気抵抗にはいくつかの問題点が考えられていた。
アンビルのキュレット表面上のマイクロクラックに水素が侵入しアンビルを破壊する、水素は圧縮率が大きく封入の際に電極や絶縁層が崩れ易い、複雑なトロイダル形状のため電極が断線するリスクが高い。今年度までにこれらトロイダル型アンビルへの数μｍ試料穴への電極の挿入に成功し、水素封入も成功した。しかしながら新たに電気的絶縁がとれていないという大きな問題が生じた。それゆえあらかじめ予定していたスケジュールに違いが生じたため。
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