2022 Fiscal Year Annual Research Report
Development of heavily impurity doped Q-carbon high-Tc superconductor by an adjusted pulsed laser annealing technique
| Project/Area Number |
21H01624
|
|---|
| Research Institution | Okayama University |
|---|
Principal Investigator |
村岡 祐治 岡山大学, 異分野基礎科学研究所, 准教授 (10323635)
|
|---|
| Project Period (FY) |
2021-04-01 – 2024-03-31
|
| Keywords | Qカーボン / YAGレーザー / 放射光光電子分光 / Ｘ線磁気円二色性 / 急冷速度 |
|---|
| Outline of Annual Research Achievements |
本年度はレーザーガスの供給が不可能になったため、エキシマレーザーに代わりYAGレーザーを使う成膜装置システムを建設した。使用できる波長は266および355 nmである。これらの波長はエキシマレーザー（248 nm）よりも長く、したがってレーザーエネルギーが小さくなっている。波長が変わるとQカーボンの生成条件も変わるため、本年度は新システムでQカーボンを作製するための条件を見出すことに注力した。試料の作製方法には調節パルスレーザーアニール法を用いた。原料炭素膜のsp3量を70%に固定し、膜厚とレーザーの出力を変数として試料作製を行った。得られた試料を放射光光電子分光と放射光X線磁気円二色性測定により評価し、Qカーボンが形成されているかどうかを調べた。その結果、放射光光電子分光測定からはパルスレーザーアニール（波長355 nm）をすると膜内のsp3量が減少する様子を観測した。また、Qカーボンの形成を示すsp3量80%には到達していないことも分かった。放射光X線磁気円二色性測定からはQカーボンに特徴的な室温強磁性的な様子を検出できなかった。これらの評価の結果は現状ではQカーボンが得られていないことを示している。走査電子顕微鏡観察からレーザー照射後の試料では溶融の跡が見られるため、膜自体の温度は十分に上昇している。Qカーボン形成に至らないのは急冷速度が不十分であるためとわかる。Qカーボンの作製のためには急冷速度を上げるために熱伝導のよい基板を用いるなどの工夫をする必要がある。
|
| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
ウクライナとロシアの戦争に加えて新型コロナの影響で、エキシマレーザーに必須のレーザーガスが入手不可能になった。このために研究の進捗に遅れが生じた。幸い、新しいレーザーシステムの立ち上げ稼働を迅速に行えたので、試料作製を比較的早く再開できた。現状ではＱカーボン形成のための最適条件を見出せてはいないが、何が必要であるかは本年度の実験により明らかになった。次年度ではＱカーボンの形成を速やかに達成し、予定通りホウ素ドープＱカーボン作製に取り書かれると見込める。
|
| Strategy for Future Research Activity |
優先されることは新しい成膜装置システムでＱカーボンを創り出すことである。そのためにはレーザー照射後溶融炭素膜の急冷速度がポイントとなる。現状よりも大きく上げることが必要である。その方策として基板に熱伝導の良い材料を用いる。例えばSiは熱伝導が140 W/Kmで現在使用しているサファイア基板(36 W/Km)よりも大きい。放熱効率が高くより大きな急冷速度を実現できると期待される。熱伝導のとりわけ大きいダイヤモンド基板を用いることも考えている。Ｑカーボンの生成条件を決定できればそれをホウ素ドープＱカーボンにも適用し、キャリアドープによる超伝導の発現を目指す。
|
