2013 Fiscal Year Annual Research Report
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24684028
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| Research Institution | The University of Electro-Communications |
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Principal Investigator |
村中 隆弘 電気通信大学, 情報理工学(系)研究科, 准教授 (70398577)
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| Project Period (FY) |
2012-04-01 – 2015-03-31
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| Keywords | ｐ電子系 / 共有結合 / 超伝導 / 窒素化合物 / 半導体 |
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| Research Abstract |
本研究では、以下の２つの観点から共有結合性ネットワークを有する化合物に着目した新規超伝導物質探索を行った。
① 共有結合性ネットワークの次元性・伝導性と高温超伝導
SiによるSi6八面体構造を有するZrFe4Si2型構造に着目した新物質探索において発見したYRe4Si2 (Tc=3.2K)に対して、バンド計算による電子状態の評価を行ったところ、フェルミレベル近傍ではReによる部分状態密度の寄与が大きいことを明らかにした。この結果を受け、フェルミレベル近傍での状態密度の増大による高Tc化を目指したところ、ReサイトへWを部分置換したY(Re,W)4Si2相が最大でTc=7Kにまで到達することを確認した。更に、関連物質としてSiとCによるSi3C四面体構造を有するDy2Fe2Si2C型構造に着目した新物質開発において、Y2Re2Si2Cの合成に成功し、Tc=2Kの新規超伝導体であることを発見した。
② 共有結合性ワイドバンドギャップ半導体の高温超伝導化
超伝導転移(Tc=2.8K)を示すAlN試料は試料内での不均一性が大きいため、窒素供給源としてBN粉末を用いた固相反応法による合成を行った。試料中に不純物であるAlB12が少量合成されるが、均一に近いAlN相が合成され、磁化率評価から弱いながらも超伝導転移を確認し、この手法によっても超伝導相を得られることを見出した。その他のワイドバンドギャップ半導体として、Si3N4 (Eg~5eV)に着目し、SiとNの組成比のずれやSiサイトへの他元素置換(B, Al, Ga, In等)によるキャリアドーピングを試みたが、超伝導の発現には至っていない。
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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
共有結合性ネットワークを起点とした新規超伝導物質の開発をめざし、p電子系化合物として炭化ケイ素化合物に着目し新超伝導体Y2Re2Si2C (Tc=2K)を発見した。また、既に発見した新超伝導体YRe4Si2 (Tc=3.2K)に対し、ReサイトへWを部分置換したY(Re,W)4Si2相が、最大でTc=7Kにまで向上することを見出した。これまでに、炭素化合物、ケイ素化合物、Sb化合物、炭化ケイ素化合物において、新超伝導体を見出しており、これらの結晶構造をベースとした構造制御や電子状態制御による超伝導特性制御が可能な状態にある。
また、現在までにYNi2B2N (Tc=15K)相及びキャリアドープされたAlN (Tc=2.8K)に関しては、窒素量の制御と均質超伝導相の合成を両立する試料合成の最適化には成功していないが、様々な関連物質の合成証拠や実験条件などの詳細な吟味などから、これらが新規超伝導相であることを示唆する状況証拠が得られている状態にある。
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| Strategy for Future Research Activity |
発見された超伝導体の結晶構造に関して詳細な解析が必要となるため、試料の高純度化を目指す。特に、Tcの向上が確認できたY(Re,W)4Si2相に関しては、Wの置換量と構造パラメータの相関関係を明らかにすることで、類縁物質における同様の超伝導特性の向上への重要な示唆を与えるものと考えられる。
YNi2B2N (Tc=15K)相及びキャリアドープされたAlN (Tc=2.8K)に関しては、窒素量の制御と均質超伝導相の合成を両立する合成手法として、不活性ガス封管した金属管中における固相反応法を用いることを検討している。
また、これまでに発見しているLu2SnC、YRe4Si2、LuRe4Si2、Sc3(Ge,C)4、SrPt2Sb2、Y2Re2Si2Cに関する物性評価をもとに、類縁構造を有する物質群を対象とした新規超伝導体の開発を推し進める。
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| Expenditure Plans for the Next FY Research Funding |
合成に使用する消耗品類の選定・見積に時間を要してしまい、納品が間に合わなかったことや、発見した超伝導物質群に対する精密な物性評価を行うために必要な試料純良化が計画通りに進まず、物性評価及び解析を踏まえた学会報告への申込時期に間に合わなかったことによって当該助成金が生じた。
次年度において、選定・見積に時間を要したこれらの消耗品を使用した合成実験によって、試料純良化や新規超伝導物質探索を推し進め、それらの研究結果をまとめ、学会での研究報告を行う予定である。
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