有機分子インターカレーションによる新超伝導体の創製と超伝導発現機構の研究

• 研究課題/領域番号: 15J00940
• 研究種目: 特別研究員奨励費
• 配分区分: 補助金
• 応募区分: 国内
• 研究分野: 物性II(実験)
• 研究機関: 東北大学
• 研究代表者: 畑田 武宏 東北大学, 工学研究科, 特別研究員(DC1)
• 研究期間 (年度): 2015-04-24 – 2018-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2017年度)
• 配分額: 2,800千円 (直接経費: 2,800千円); 2017年度: 900千円 (直接経費: 900千円); 2016年度: 900千円 (直接経費: 900千円); 2015年度: 1,000千円 (直接経費: 1,000千円)
• キーワード: 超伝導 / インターカレーション / セレン化鉄 / 二次元層状物質 / 有機分子 / アルカリ金属

研究実績の概要

・今年度の研究目的
FeSeにCsとNH3をインターカレートしたCs0.4(NH3)yFeSeにおいて、圧力を印加するにつれd値とTcが減少することが報告された。7 GPaまでの圧力印加で、d値が0.81 nmから0.75 nmまで減少し、Tcは31 Kから14 Kまで減少している。しかし、圧力を20 GPaまで印加すると従来のFeSe系超伝導体とは異なる電子状態に変化し、Tc = 48 Kを持つ新たな超伝導相が出現することも報告されている。そこで、FeSeにLiとエチレンジアミン(EDA) C2H8N2をインターカレートしたFeSe系インターカレーション超伝導体Lix(C2H8N2)yFe2-zSe2へ圧力を印加し、Tcの圧力依存性を調べた。

・今年度の研究結果
Lix(C2H8N2)yFe2-zSe2へ静水圧を印加し、電気抵抗の温度依存性を測定した。圧力はダイヤモンドアンビルセルを用いて印加した。その結果、7 GPaまで圧力を印加してもTcは45 K近傍から変化しないことが分かった。また、Lix(C2H8N2)yFe2-zSe2のd値の収縮率が先行研究で報告されているCs0.4(NH3)yFeSeのd値の収縮率と同じだと仮定すると、圧力印加後のLix(C2H8N2)yFe2-zSe2のd値は、1.04 nmから0.96 nm程度に減少していると推察された。昨年度までの研究結果からFeSe系超伝導体は、d < 0.9 nmにおいてはd値の伸長に伴いTcは上昇し、d > 0.9 nmにおいてはd値によらずTcは一定になることがわかっている。Lix(C2H8N2)yFe2-zSe2とCs0.4(NH3)yFeSeのTcの圧力依存性はFeSe系超伝導体のTcとd値の関係を支持する結果となった。

現在までの達成度 (段落)

29年度が最終年度であるため、記入しない。

今後の研究の推進方策

29年度が最終年度であるため、記入しない。

研究成果

• [雑誌論文] New Alkali-Metal- and 2-Phenethylamine-Intercalated Superconductors Ax(C8H11N)yFe1-zSe (A = Li, Na) with the Largest Interlayer-Spacings and Tc ~ 40 K (2016)
  • 著者名/発表者名: Takehiro Hatakeda, Takashi Noji, Kazuki Sato, Takayuki Kawamata, Masatsune Kato, and Yoji Koike
  • 雑誌名: Journal of Physical Society of Japan 巻: 85 号: 10 ページ: 103702-103702
  • DOI: 10.7566/jpsj.85.103702
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Superconductivity and Intercalation State in the Lithium-Hexamethylenediamine-Intercalated Superconductor Lix(C6H16N2)yFe2－zSe2: Dependence on the Intercalation Temperature and Lithium Content (2016)
  • 著者名/発表者名: Shohei Hosono, Takashi Noji, Takehiro Hatakeda, Takayuki Kawamata, Masatsune Kato, and Yoji Koike
  • 雑誌名: Journal of Physical Society of Japan 巻: 85 号: 10 ページ: 104701-104701
  • DOI: 10.7566/jpsj.85.104701
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] New Superconducting Phase of Lix(C6H16N2)yFe2-zSe2 with Tc = 41 K Obtained through the Post-Annealing (2016)
  • 著者名/発表者名: S. Hosono, T. Noji, T. Hatakeda, T. Kawamata, M. Kato, Y. Koike
  • 雑誌名: Jounal of the Physical Society of Japan 巻: 85 号: 1 ページ: 013702-013702
  • DOI: 10.7566/jpsj.85.013702
  • NAID: 210000133787
  • 査読あり
• [雑誌論文] Enhanced superconducting transition temperature in hyper-interlayer-expanded FeSe despite the suppressed electronic nematic order and spin fluctuations (2015)
  • 著者名/発表者名: M. M. Hrovat, P. Jeglic, M. Klanjsek, T. Hatakeda, T. Noji, Y. Tanabe, T. Urata, K. K. Huynh, Y. Koike, K. Tanigaki, and D. Arcon
  • 雑誌名: Physical Review B 巻: 92 号: 9 ページ: 094513-094513
  • DOI: 10.1103/physrevb.92.094513
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Electrochemical Na-intercalation-induced high-temperature superconductivity in FeSe (2015)
  • 著者名/発表者名: T. Kajita, T. Kawamata, T. Noji, T. Hatakeda, M. Kato, Y. Koike, and T.Itoh
  • 雑誌名: Physica C: Superconductivity and its application 巻: 519 ページ: 104-107
  • DOI: 10.1016/j.physc.2015.09.005
  • 査読あり
• [学会発表] Synthesis and Superconductivity of New FeSe-Based Intercalation Compounds Ax(C8H11N)yFe1-zSe (A = Li, Na) with the Largest Interlayer Spacings (2016)
  • 著者名/発表者名: Takehiro Hatakeda, Takashi Noji, Kazuki Sato, Takayuki Kawamata, Masatsune Kato, and Yoji Koike
  • 学会等名: 29th International Symposium on Superconductivity (ISS2016)
  • 発表場所: Tokyo International Forum, Tokyo, Japan
  • 年月日: 2016-12-13
  • 国際学会
• [学会発表] 環状基を有するインターカレーション超伝導体 Ax(C8H11N)yFe1-zSe (A = Li, Na)の結晶構造とTcのキャリア濃度依存性 (2016)
  • 著者名/発表者名: 畑田武宏, 野地尚, 佐藤和輝, 川股隆行, 加藤雅恒, 小池洋二
  • 学会等名: 日本物理学会2016年秋季大会
  • 発表場所: 金沢大学(角間キャンパス、石川県)
  • 年月日: 2016-09-13
• [学会発表] 金属とフェニル基を有する有機分子のコインターカレーションによる新FeSe系超伝導体の合成 (2016)
  • 著者名/発表者名: 畑田武宏, 野地尚, 細野祥平, 佐藤和輝, 川股隆行, 加藤雅恒, 小池洋二
  • 学会等名: 日本物理学会 第71回年次大会
  • 発表場所: 東北学院大学(泉キャンパス)(仙台市)
  • 年月日: 2016-03-20