2020 Fiscal Year Research-status Report
Development of high-temperature superconducting diamond created from graphene oxide
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20K21213
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| Research Institution | Kumamoto University |
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Principal Investigator |
速水 真也 熊本大学, 大学院先端科学研究部(理), 教授 (30321912)
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| Project Period (FY) |
2020-07-30 – 2022-03-31
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| Keywords | ダイヤモンド / 酸化グラフェン / ハイブリッド |
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| Outline of Annual Research Achievements |
強い絶縁性を示すダイヤモンドは、ホウ素や窒素などをドープすることで半導体として開発され、高温高圧合成法により作製された高濃度ボロンドープダイヤモンド（BDD）が、転移温度2.3 Kでゼロ抵抗を示す超伝導体であることが発見された。これらのことからダイヤモンドはドープ濃度により絶縁体、半導体、さらには金属的に振舞う、多く特性を持つ興味深い物質であることがわかる。本研究では、GOナノシートおよびそれを種々の方法で還元することで、種々の元素をドープしたrGOナノシートを原料としたダイヤモンドを合成し、高温超電導体を開発することを目的とした。
ダイヤモンドの合成は、高温高圧合成法により、1500℃、5-6万気圧程度以上の温度と圧力で炭素材料を相転移させることで合成できる。一方、メタンなどのガスからダイヤモンドを合成する方法は、化学気相成長法（CVD）法と呼ばれ、大型の薄膜状、ウェハ状の単結晶試料が得られること、ドーピングの制御性が良いことなど、デバイス開発に向けた多くのメリットがある。しかしながらドープの原子は、ホウ素やリンなどは用いられているが、窒素や酸素などはその分子の化学的安定性から行われていない。
ダイヤモンドの合成は、GOのドープによるダイヤモンドの合成に適した高温高圧合成法とダイナマイトによる衝撃波を用いた合成を用いた。GOナノシートやヒドラジン還元により窒素ドープしたrGOを用いて、愛媛大学PRIUSにおける高温高圧によるダイヤモンドの合成に成功した。その他、ダイナマイトの衝撃波を用いたダイヤモンドの合成も熊本大学IINaにおいてダイヤモンドの合成に成功した。
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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
ダイヤモンドの合成において、GOのドープによるダイヤモンドの合成に適した高温高圧合成法とダイナマイトによる衝撃波を用いた合成を行うことに成功し、おおむね順調に進展している。
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| Strategy for Future Research Activity |
GOナノシートや様々な原子をドープしたrGOナノシートの合成、物性評価を行う。ダイヤモンドの合成において、高温高圧合成、ダイナマイトを用いた衝撃波による合成を行う。これらの合成実験では、すでにプレリミナリーな結果を得ているが、今後様々な合成実験条件下での合成実験が必要となる。また窒素含有量などドープ量、種類による合成実験も必要となる。ダイヤモンドの超電導に関して、ARPES測定、抵抗測定を行うと共に理論計算を行う予定である。
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| Causes of Carryover |
高温高圧実験を愛媛大学の装置を用いて行う予定であったが、コロナ禍で現地での実験が難しく、次年度にまとめて行う予定である。
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