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

2023 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 21H01624
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Section: 一般
• Review Section: Basic Section 26020:Inorganic materials and properties-related
• Research Institution: Okayama University
• Principal Investigator: Muraoka Yuji 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 / ホウ素ドープ / ダイヤモンドライクカーボン / YAGレーザー / 放射光光電子分光 / 金属化 / 計算科学 / 電子状態

Outline of Final Research Achievements

To prepare boron-doped Q-carbon superconductors, we first determined the thickness of the diamond-like carbon film used as the staring material. Considering that the thickness of the sp2-rich layer formed on the film surface increases with film thickness, we determined that a film thickness of about 200 nm is appropriate for the preparation of Q-carbon. By preparing films using a YAG laser system, we demonstrated that Q-carbon can be obtained by the pulsed laser annealing (PLA) method even with a laser with a wavelength of 355 nm. We fabricated boron-doped Q-carbon, and obtained results suggesting from the synchrotron radiation photoelectron spectroscopy measurements that the prepared film is metallic at room temperature. We also studied the properties of amorphous carbon using computational science and clarified the growth process of amorphous carbon films and that boron doping functions as a p-type acceptor.

Free Research Field

材料科学

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

本研究により、Q-カーボンを作製するためには原料膜の膜厚はホウ素ドープQカーボン超伝導作製の重要な基礎情報として機能する。また、波長355 nmのYAGレーザーシステムでもQカーボンを作製したことで、レーザーの波長には選択の余地があることを示した。金属化を示唆するホウ素ドープQカーボンの形成は、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を示している。本研究はまた、YAGレーザーシステムによる調節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ている。計算科学の立場から高濃度ホウ素ドープが金属化への設計指針であることを明示した。