2023 Fiscal Year Annual Research 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, 大学院基礎工学研究科, 特任准教授(常勤) (90379313)
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| Project Period (FY) |
2020-04-01 – 2024-03-31
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| Keywords | 水素 / 高圧力 / 電気抵抗 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
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が、圧力が高く実験的に困難であることから実証には至っていない。この検証実験を遂行するに必要な圧力発生技術開発として、400 GPaを超える超高圧発生に成功した。この開発した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、ターゲットとする水素について400 GPaを超えた未踏の超高密度生成とその物性測定を試みた。
前年度には、集束イオンビーム加工装置により加工を行ったアンビルは電気的絶縁がとれないという問題が生じ、今年度はその解決に向けて取り組んだ。その結果、加工後のダイヤモンドアンビルを500℃、４hrsの熱処理を行うことで改善されることがわかった。電気抵抗測定用には電極配置や絶縁層をこの複雑なトロイダル形状のダイヤモンドアンビル上に配置する。アンビルの加圧面は20umφと非常に小さいために、加圧時の上下アンビルの数umの位置のずれが非常に大きな問題となる。これに対して圧力発生装置であるダイヤモンドアンビルセルの改良、見直しの必要が生じた。従来使用したものとは異なり新たにガイドピンを設けたダイヤモンドアンビルセルを使用することで、そのずれを1um程度に抑えることに成功した。さらに試料体積を確保するためにアンビルの加圧面に深さ300nm程度のキャビティの加工を試みた。以上のような様々な改良により、試料である水素封入の成功率を向上させることができた。本研究課題で室温において100万気圧（100 GPa）までの水素の加圧測定に成功した。しかし水素は圧縮率が大きく、試料室が縮み絶縁層が崩れ易いことから、圧力印加に伴う電極の断線をしばしば引き起こすことが問題として残る。これを改善することで理論予測される水素の金属化および室温超伝導の検証が期待できる。
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