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2023 Fiscal Year Annual Research Report

Development of heavily impurity doped Q-carbon high-Tc superconductor by an adjusted pulsed laser annealing technique

Research Project

Project/Area Number 21H01624
Research InstitutionOkayama 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
KeywordsQカーボン / ホウ素ドープ / 超伝導 / 調節パルスレーザーアニール法 / アモルファス炭素膜
Outline of Annual Research Achievements

YAGレーザー(355 nm)システムを用いて、ホウ素ドープQカーボン超伝導体の作製に取り組んだ。試料作製には申請者が開発した調節パルスレーザーアニール(PLA)法を用いた。この方法ではPLA時における超過冷却および超急冷を原料膜内のsp3量の(熱伝導)と照射レーザーのエネルギー密度の組み合わせにより調節できる。本研究ではサファイア基板上にパルスレーザー堆積法により作製したsp3量50%-70%のホウ素/炭素膜(ホウ素量は10%-20%)に対して、パルスレーザーをレーザー出力密度0.5-0.8 J/cm2の範囲で1パルス照射して、ホウ素ドープQカーボンの作製を試みた。その結果、PLAによって、室温における膜の電気抵抗率は3桁近く減少した。PLA後の膜について電気抵抗率の温度依存性を調べると、40 K付近から電気抵抗率が減少する様子が見られ、また、帯磁率の温度依存性からは、40 K付近から磁化の減少が観測された。超伝導の発現を示唆する結果を得た。放射光光電子分光により電子状態を調べると、PLA後の膜ではホウ素が炭素を置換し、また、フェルミ準位上に状態が出現していることが分かった。PLAによりホウ素がドープされ、その結果金属化している。第一原理分子動力学計算からは、アモルファス炭素にホウ素ドープを行うと、ホウ素はアクセプターとして働き、系はp型半導体としてふるまうことが分かった。この結果は高濃度ホウ素ドープが金属化への指針であることを示しており、実験結果は計算による指針の正しさを実証したものとなっている。本研究から、高濃度ホウ素ドープQカーボン超伝導体の実現は可能であることがわかった。このことは、アモルファス炭素の高温超伝導実現に向けた重要な出発点を与える。また、本研究はまた、調節PLA法が非平衡プロセスの制御およびホウ素ドープQカーボン超伝導体の作製に有効であることも示した。

Research Progress Status

令和5年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

令和5年度が最終年度であるため、記入しない。

  • Research Products

    (13 results)

All 2024 2023 Other

All Journal Article (5 results) (of which Peer Reviewed: 5 results) Presentation (7 results) (of which Int'l Joint Research: 2 results) Remarks (1 results)

  • [Journal Article] First-principles molecular dynamics simulations for the properties of boron-doped tetrahedral amorphous carbon2024

    • Author(s)
      Yue Qiang、Yokoya Takayoshi、Muraoka Yuji
    • Journal Title

      Diamond and Related Materials

      Volume: 143 Pages: 110894~110894

    • DOI

      10.1016/j.diamond.2024.110894

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Self-organized vertical multilayer structures in spinodally decomposed TiO2-VO2 films on glass substrates2023

    • Author(s)
      Muraoka Yuji、Takeda Kazutada、Takemoto Yoshito、Wakita Takanori、Yokoya Takayoshi
    • Journal Title

      Thin Solid Films

      Volume: 769 Pages: 139749~139749

    • DOI

      10.1016/j.tsf.2023.139749

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Molecular dynamics simulation of deposition of amorphous carbon films on sapphire surfaces2023

    • Author(s)
      Yue Qiang、Yokoya Takayoshi、Muraoka Yuji
    • Journal Title

      Diamond and Related Materials

      Volume: 140 Pages: 110514~110514

    • DOI

      10.1016/j.diamond.2023.110514

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Photoelectron holographic evidence for the incorporation site of Se and suppressed atomic displacement of the conducting layer of La(O,F)BiSSe2023

    • Author(s)
      Li YaJun、Sun ZeXu、Kataoka Noriyuki、Setoguchi Taro、Hashimoto Yusuke、Takeuchi Soichiro、Koga Shunjo、Hoshi Kazuhisa、Mizuguchi Yoshikazu、Matsushita Tomohiro、Wakita Takanori、Muraoka Yuji、Yokoya Takayoshi
    • Journal Title

      Japanese Journal of Applied Physics

      Volume: 62 Pages: 125001~125001

    • DOI

      10.35848/1347-4065/ad079b

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Modulation of insulator metal transition of VO? films grown on Al2O3 (001) and TiO2 (001) substrates by the crystallization of capping Ge2Sb2Te5 layer2023

    • Author(s)
      Ohnuki Takuto、Okimura Kunio、Nakamoto Reki、Muraoka Yuji、Sakai Joe、Kuwahara Masashi
    • Journal Title

      Journal of Applied Physics

      Volume: 134 Pages: 245302~245302

    • DOI

      10.1063/5.0176810

    • Peer Reviewed
  • [Presentation] XPS study on the boron-doped amorphous carbon films2024

    • Author(s)
      Yuji Muraoka, Kota Matsuo, Takanori Wakita and Takayoshi Yokoya
    • Organizer
      The 28th Hiroshima International Symposium on Synchrotron Radiation
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] マイカ基板を用いたTiO2-VO2系スピノーダル分解膜の作製2024

    • Author(s)
      村岡祐治、西川僚馬、脇田高徳、横谷尚睦
    • Organizer
      第71回応用物理学会春季学術講演会
  • [Presentation] V1-xWxO2/MgF2(001)における面内格子歪2023

    • Author(s)
      村岡祐治、中原隼人、脇田高徳、横谷尚睦
    • Organizer
      2023年度 応用物理・物理系学会中国四国支部合同学術講演会
  • [Presentation] サファイア基板上に堆積した非晶質炭素膜内部の結合状態2023

    • Author(s)
      榎本奨、村岡祐治、岳強、岡崎宏之、脇田高徳、横谷尚睦
    • Organizer
      2023年度 応用物理・物理系学会中国四国支部合同学術講演会
  • [Presentation] X線光電子分光による非結晶カーボン膜内部の化学結合状態の評価2023

    • Author(s)
      村岡祐治、榎本奨、岳強、岡崎宏之、脇田高徳、横谷尚睦
    • Organizer
      第84回応用物理学会秋季学術講演会
  • [Presentation] TiO2(001)基板上のVO2薄膜における成膜条件と格子歪の関係2023

    • Author(s)
      村岡祐治、中本歴、脇田高徳、横谷尚睦
    • Organizer
      第84回応用物理学会秋季学術講演会
  • [Presentation] Self-assemble formation of vertical multilayer structures via spinodal decomposition in TiO2-VO2 films on glass substrates2023

    • Author(s)
      Y. Muraoka, K. Takeda, Y. Takemoto, T. Wakita, and T. Yokoya
    • Organizer
      MRM2023/IUMRS-ICA2023 Grand Meeting
    • Int'l Joint Research
  • [Remarks] 研究室ホームページ

    • URL

      https:// film.rlss.okayama-u.ac.jp/index.html

URL: 

Published: 2024-12-25  

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