転移温度向上を目指したダイヤモンド超伝導体の三次元ドーパント構造解明

2018 Fiscal Year Annual Research Report

• Project Area: 3D Active-Site Science
• Project/Area Number: 17H05220
• Research Institution: Okayama University
• Principal Investigator: 横谷 尚睦 岡山大学, 異分野基礎科学研究所, 教授 (90311646)
• Project Period (FY): 2017-04-01 – 2019-03-31
• Keywords: 高分解能光電子ホログラフィー / ドーパント局所構造 / 活性サイト / ダイヤモンド

Outline of Annual Research Achievements

高濃度ホウ素ドープダイヤモンドの超伝導転移温度の向上を目指し、高分解能光電子ホログラフィー実験により高濃度ホウ素ドープダイヤモンド超伝導体において、金属性／超伝導性を担う「活性サイト」およびキャリヤー導入を阻む「不活性サイト」周辺の局所構造を実験的に解明することを目的として昨年度開始した研究を継続して行った。
昨年度測定した高濃度ホウ素ドープダイヤモンドの光電子ホログラフィー実験結果の解析を進めた。ホウ素1sの内殻光電子スペクトルの各コンポーネントごとにホログラムを作成し、各ホログラムから三次元像再生を行った。すべてのコンポーネントにおいて、主要な構造はホウ素原子がダイヤモンド構造の炭素位置に置き換わる局所構造（置換位置への導入）であることを見出した。その一方で、再生原子像の強度や位置に違いが見られること、強度は弱いもののダイヤモンド構造以外の位置にも原子像も再生されることがわかった。これらの違いは、置換位置に導入されたホウ素原子の周辺構造の違いを反映していると思われる。
SPring-8 BL25SUにおいて、高濃度及び中濃度の高濃度ホウ素ドープダイヤモンドの光電子ホログラフィー比較実験を行った。測定したホウ素1sおよび炭素1sの内殻光電子スペクトルに対してピークフィッティング解析により化学状態を分離し、それぞれの化学状態に対して光電子ホログラムを作成した。
関連物質である高濃度リンドープダイヤモンドの光電子ホログラフィー実験の解析をさらに進め、ダイヤモンド格子に二つある結晶サイトのリン原子占有率が異なることを見出した。この結果については論文としてまとめて投稿中である。光電子ホログラフィー実験の可能性を調べるために、窒素ドープダイヤモンドの実験も行った。

Research Progress Status

平成30年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

平成30年度が最終年度であるため、記入しない。

Research Products

• [Presentation] ダイヤモンドにドープされたドーパントの数種類の局所構造 (2019)
  • Author(s): 横谷尚睦
  • Organizer: 第32回 日本放射光学会年会・放射光科学合同シンポジウム 企画講演3 『ドーパントの原子配列直接観測の新展開』
  • Invited
• [Presentation] 転移温度向上を目指したダイヤモンド超伝導体の三次元ドーパント構造解明 (2019)
  • Author(s): 寺嶋健成，脇田高徳，横谷尚睦
  • Organizer: 科研費新学術領域研究「3D活性サイト科学」第９回成果発表
• [Presentation] 高濃度ホウ素ドープダイヤモンド超伝導体の高分解能光電子ホログラフィー (2019)
  • Author(s): 谷口拓海, 細田渉, 寺嶋健成, 砂川正典, 藤原弘和, 福良哲司, 矢野佑幸, 松下智裕, 室隆桂之, 木下豊彦, 高野義彦, 蔭浦泰資, 川原田洋, 小口多美夫, 脇田高徳, 村岡祐治, 横谷尚睦
  • Organizer: 日本物理学会第74回年次大会
• [Presentation] 高分解能光電子ホログラフィーによるドープダイヤモンドのドーパント局所構造 (2018)
  • Author(s): 横谷尚睦
  • Organizer: 第63回化合物新磁性材料専門研究会「物性研究を目指した先進的な計測技術」
• [Presentation] 高分解能光電子ホログラフィーによる高濃度ホウ素ドープダイヤモンドのドーパント局所構造 (2018)
  • Author(s): 細田渉, 寺嶋健成, 藤原弘和, 矢野佑幸, 松下智裕, 室隆桂之, 木下豊彦, 高野義彦, 蔭浦泰資, 川原田洋, 小口多美夫, 脇田高徳, 村岡祐治, 横谷尚睦
  • Organizer: 日本物理学会2018年秋季大会
• [Presentation] 高濃度ホウ素ドープダイヤモンドの高分解能光電子ホログラフィー (2018)
  • Author(s): 細田渉, 寺嶋健成, 藤原弘和, 矢野佑幸, 松下智裕, 室隆桂之, 木下豊彦, 高野義彦, 蔭浦泰資, 川原田洋, 小口多美夫, 脇田高徳, 村岡祐治, 横谷尚睦
  • Organizer: 日本物理学会2018年秋季大会
• [Presentation] Dopant local structures of doped diamond studied by high-resolution photoelectron holography (2018)
  • Author(s): Takayoshi Yokoya
  • Organizer: E-MRS 2018 Fall
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] ホウ素ドープダイヤモンドのホウ素ドーパント局所構造 (2018)
  • Author(s): 寺嶋健成，脇田高徳，横谷尚睦
  • Organizer: 科研費新学術領域研究「3D活性サイト科学」第８回成果発表
• [Presentation] 高分解能光電子ホログラフィーでみる高濃度ドープダイヤモンドのドーパント局所構造 (2018)
  • Author(s): 竹田 彩, 寺嶋健成 ,細田 渉, 福良哲治, 矢野佑幸, 藤原弘和, 砂川正典, 室隆桂之, 松下智裕, 木下豊彦, 加藤宙光, 小口多美夫, 脇田高徳, 村岡祐治, 横谷尚睦
  • Organizer: 第１２回物性科学領域横断研究会（領域合同研究会）