電気化学的手法による鉄系超伝導体の超伝導化

• 研究課題/領域番号: 16J05432
• 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: 無機材料・物性
• 研究機関: 筑波大学
• 研究代表者: 山下 愛智 筑波大学, 数理物質科学研究科, 特別研究員(DC1)
• 研究期間 (年度): 2016-04-22 – 2019-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2018年度)
• 配分額: 2,800千円 (直接経費: 2,800千円); 2018年度: 900千円 (直接経費: 900千円); 2017年度: 900千円 (直接経費: 900千円); 2016年度: 1,000千円 (直接経費: 1,000千円)
• キーワード: 鉄カルコゲナイド超伝導体 / ゼロ抵抗 / 電気化学合成 / 鉄系超伝導 / 鉄系超伝導体 / 電気化学反応

研究実績の概要

近年発見された鉄系超伝導体の中で、鉄カルコゲナイド超伝導体（11系）は、最も単純な結晶構造を有する。11系は線材応用上重要となる上部臨界磁場が高く、構成元素の数も少ないため、高磁場下での超伝導線材応用が期待されている。これまでに電気化学合成のみの試料では、電気抵抗測定においてゼロ抵抗を示す試料は得られていなかった。前年度は、基板を溶液に浸した際に、溶液が基板表面に及ぼす影響に着目した。化学量論通りの試料を得るには、浸漬させてからのロスタイムをなくすことが重要であることを見出し、合成直後の試料において、初めてゼロ抵抗を観測することに成功した。本年度は、線材応用を目指す上で、銅酸化物系超伝導線材の下地基板として使用されているRABiTSテープを用いて、良質なFeSe試料が得られる条件の探索を行った。反応時間を5分間に固定し、溶液温度と印加電圧値を様々に変えた際に得られた結果を相図としてまとめた。溶液温度が70、80℃の領域において、結晶性の高いFeSeが得られた。これは、溶液温度を上げることで、電気化学の反応速度が増大し、結晶成長が促進され、より結晶性の良い試料が得られていることを示している。また、EDX測定の結果から、試料の組成比は印加電圧値によって系統的に制御でき、結晶性の良い試料が得られた70℃において、約-1.1 VにおいてFe：Seの比が1：1に近づくことが明らかとなった。さらに、これまでのITO基板と比べ、RABiTSテープを用いた方が、基板自身の標準酸化還元電位の違いから、副反応が起きにくいより低い電圧値で目的相のFeSeが合成できることを見出した。本研究から、電気化学法を用いることで、熱処理を施さずにFeSe超伝導体テープ線材が簡便で安価に作製できる可能性を示している。

現在までの達成度 (段落)

平成30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

平成30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] Influence of Oxidation in Starting Material Sn on Electric Transport Properties of SnSe Single Crystals (2018)
  • 著者名/発表者名: Yamashita Aichi、Ogiso Osamu、Matsumoto Ryo、Tanaka Masashi、Hara Hiroshi、Tanaka Hiromi、Takeya Hiroyuki、Lee Chul-Ho、Takano Yoshihiko
  • 雑誌名: Journal of the Physical Society of Japan 巻: 87 号: 6 ページ: 065001-065001
  • DOI: 10.7566/jpsj.87.065001
  • NAID: 120006623967
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Local structure of FeSe0.4Te0.6 by low‐temperature x‐ray fluorescence holography (2018)
  • 著者名/発表者名: J. R. Stellhorn, Y. Ideguchi, K. Kimura, K. Hayashi, N. Happo, M. Suzuki, H. Okazaki, A. Yamashita, Y. Takano, and S. Hosokawa
  • 雑誌名: Physica Stutus Solidi B 巻: 255 号: 11 ページ: 1800093-1800093
  • DOI: 10.1002/pssb.201800093
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Universal scaling behavior of the upper critical field in strained FeSe0.7Te0.3 thin films (2018)
  • 著者名/発表者名: Yuan Feifei、Grinenko Vadim、Iida Kazumasa、Richter Stefan、Pukenas Aurimas、Skrotzki Werner、Sakoda Masahito、Naito Michio、Sala Alberto、Putti Marina、Yamashita Aichi、Takano Yoshihiko、Shi Zhixiang、Nielsch Kornelius、Huehne Ruben
  • 雑誌名: New Journal of Physics 巻: 20 号: 9 ページ: 093012-093012
  • DOI: 10.1088/1367-2630/aade66
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Pressure-Induced Superconductivity in Sulfur-Doped SnSe Single Crystal Using Boron-Doped Diamond Electrode-Prefabricated Diamond Anvil Cell (2018)
  • 著者名/発表者名: R. Matsumoto, H. Hara, H. Tanaka, K. Nakamura, N. Kataoka, S. Yamamoto, A. Yamashita, S. Adachi, T. Irifune, H. Takeya and Y. Takano
  • 雑誌名: J. Phys. Soc. Jpn. 巻: 87 号: 12 ページ: 124706-124706
  • DOI: 10.7566/jpsj.87.124706
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Single Crystal Growth of Cuprate Superconductor (Lu0.8Nd0.2)Ba2Cu4O8 by KOH Flux Method (2018)
  • 著者名/発表者名: H. Hara, S. Adachi, R. Matsumoto, A. Yamashita, H. Takeya,and Y. Takano
  • 雑誌名: J. Phys. Soc. Jpn. 巻: 87 号: 12 ページ: 123705-123705
  • DOI: 10.7566/jpsj.87.123705
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Diamond anvil cell using boron-doped diamond electrodes covered with undoped diamond insulating layer (2018)
  • 著者名/発表者名: R. Matsumoto, A. Yamashita, H. Hara, T. Irihune, S. Adachi, H. Takeya, Y. Takano
  • 雑誌名: Appl. Phys. Express 巻: AP180194 号: 5 ページ: 053101-053101
  • DOI: 10.7567/apex.11.053101
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Observation of zero resistance in as-electrodeposited FeSe (2018)
  • 著者名/発表者名: A. Yamashita, R. Matsumoto, M. Tanaka, H. Hara, K. Iida, B. Holzapfel, H. Takeya, Y. Takano
  • 雑誌名: Solid State Commun. 巻: 270 ページ: 72-75
  • DOI: 10.1016/j.ssc.2017.11.018
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Direct observation of double valence-band extrema and anisotropic effective masses of the thermoelectric material SnSe (2017)
  • 著者名/発表者名: Takanobu Nagayama, Kensei Terashima, Takanori Wakita, Hirokazu Fujiwara, Tetsushi Fukura, Yuko Yano, Kanta Ono, Hiroshi Kumigashira, Osamu Ogiso, Aichi Yamashita, Yoshihiko Takano, Hitoshi Mori, Hidetomo Usui, Masayuki Ochi, Kazuhiko Kuroki, Yuji Muraoka, Takayoshi Yokoya
  • 雑誌名: Japanese Journal of Applied Physics 巻: 57 号: 1 ページ: 010301-010301
  • DOI: 10.7567/jjap.57.010301
  • NAID: 210000148501
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] “Phase diagram of FeSe deposited by electrochemical technique with different temperature and voltage (2017)
  • 著者名/発表者名: A. Yamashita, M. Tanaka, H. Takeya, Y. Takano
  • 雑誌名: J. Phys. Soc. Jpn 巻: 86 号: 7 ページ: 075001-075001
  • DOI: 10.7566/jpsj.86.075001
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Superconducting joints Using Bi-added PbSn Solders (2017)
  • 著者名/発表者名: R. Matsumoto, H. Iwata, A. Yamashita, H. Hara, G. Nishijima, M. Tanaka, H. Takeya, Y. Takano
  • 雑誌名: Appl. Phys. Express 巻: 10 号: 9 ページ: 093102-093102
  • DOI: 10.7567/apex.10.093102
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] The influence of the in-plane lattice constant on the superconducting transition temperature of FeSe0.7Te0.3 thin films (2017)
  • 著者名/発表者名: Yuan Feifei、Iida Kazumasa、Grinenko Vadim、Chekhonin Paul、Pukenas Aurimas、Skrotzki Werner、Sakoda Masahito、Naito Michio、Sala Alberto、Putti Marina、Yamashita Aichi、Takano Yoshihiko、Shi Zhixiang、Nielsch Kornelius、Huehne Ruben
  • 雑誌名: AIP Advances 巻: 7 号: 6 ページ: 065015-065015
  • DOI: 10.1063/1.4989566
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Phase-Separation Control of KxFe2－ySe2 Superconductor through Rapid-Quenching Process (2017)
  • 著者名/発表者名: Y. Yanagisawa, M. Tanaka, A. Yamashita, Suzuki, H. Hara, M. ElMassalami, H. Takeya, and Y. Takano
  • 雑誌名: J. Phys. Soc. Jpn. 巻: 86 号: 4 ページ: 043703-043703
  • DOI: 10.7566/jpsj.86.043703
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著 / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] 鉄カルコゲナイド化合物の電池反応による超伝導の発現 (2016)
  • 著者名/発表者名: A. Yamashita, Y. Takano
  • 雑誌名: 日本金属学会誌 巻: 80 号: 7 ページ: 468-472
  • DOI: 10.2320/jinstmet.JC201614
  • NAID: 130005158339
  • ISSN: 0021-4876, 1880-6880, 2433-7501
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Fabrication and Characterization of Sintered Iron-Chalcogenide Superconductors (2016)
  • 著者名/発表者名: C. Fiamozzi, Corato V, Leo A., De Marzi G, Mancini A., Y. Takano, A. Yamashita, Polichetti M., Galluzzi A., Rufoloni A, Grimaldi G., Pace S.
  • 雑誌名: IEEE Trans. Appl. Supercond. 巻: 26 号: 3 ページ: 1-5
  • DOI: 10.1109/tasc.2016.2539978
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著 / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] X-ray Fluorescence Holographic Study on High-Temperature Superconductor FeSe0.4Te0.6 (2016)
  • 著者名/発表者名: Yuki Ideguchi, Kenji Kamimura, Koji Kimura, Shinya Hosokawa, Naohisa Happo, Kouichi Hayashi, Yoshihiro Ebisu, Toru Ozaki, Jens R. Stellhorn, Motohiro Suzuki, Hiroyuki Okazaki, Aichi Yamashita, and Yoshihiko Takano
  • 雑誌名: Z. Phys. Chem. 巻: 230 号: 4 ページ: 489-498
  • DOI: 10.1515/zpch-2015-0671
  • NAID: 120006697255
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著 / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Electrochemical Deposition of FeSe on RABiTS Tapes / Electrochemical Deposition of FeSe on RABiTS Tapes (2015)
  • 著者名/発表者名: 出村郷志,田中将嗣,山下愛智,DENHOLMESaleem James,岡崎宏之,藤岡正弥,山口尚秀,竹屋浩幸,飯田 和昌,Bernhard Holzapfel,坂田英明,高野義彦
  • 雑誌名: JOURNAL OF THE PHYSICAL SOCIETY OF JAPAN 巻: 85 号: 1 ページ: 015001-015001
  • DOI: 10.7566/jpsj.85.015001
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著 / 謝辞記載あり
• [学会発表] FeSeを電着したテープ基板におけるゼロ抵抗の観測 (2018)
  • 著者名/発表者名: 山下愛智, 松本凌, 原裕, 竹屋浩幸, 高野義彦
  • 学会等名: 日本物理学会2018秋季大会
• [学会発表] Electrochemical Synthesis of Iron Chalcogenide Superconductors and Enhancement of Superconducting Property (2018)
  • 著者名/発表者名: A. Yamashita, Y. Takano
  • 学会等名: Tsukuba Global Science Week 2018
• [学会発表] FeSe超伝導体の電気化学合成とゼロ抵抗の観測 (2018)
  • 著者名/発表者名: A. Yamashita, Y. Takano
  • 学会等名: 超伝導分科会 第57回研究会
• [学会発表] Thermoelectric properties of a new Zintl phase NaZn4As3 with ultralow thermal conductivity (2018)
  • 著者名/発表者名: Aichi Yamashita, Kunihiro Kihou, Haruno Kunioka, Hirotaka Nishiate, Atsushi Yamamoto, Yoshihiko Takano, Chul-Ho Lee
  • 学会等名: International Conference on Thermoelectrics ICT2018
  • 国際学会
• [学会発表] Synthesis of Iron Chalcogenide Superconductors by Electrochemical Reaction (2018)
  • 著者名/発表者名: A. Yamashita, Y. Takano
  • 学会等名: ENN Workshop2018
  • 国際学会
• [学会発表] FeSeを電着したテープ基板におけるゼロ抵抗の観測 (2018)
  • 著者名/発表者名: 山下 愛智、高野 義彦
  • 学会等名: 超伝導かけはしプロジェクト ワークショップ
• [学会発表] キャリア制御したSnSe単結晶の熱電特性 (2018)
  • 著者名/発表者名: 山下愛智、 松本凌、原裕、木方邦宏、西当弘隆、李哲虎、田中博美、竹屋浩幸、高野義彦
  • 学会等名: 日本物理学会 第73回年次大会
• [学会発表] High Thermoelectric Properties in SnSe Single Crystal (2017)
  • 著者名/発表者名: A. Yamashita, K. Kihou, H Nishiate, Lee C.H., Y. Takano
  • 学会等名: International Union of Materials Research Society
  • 国際学会
• [学会発表] Observation of Zero Resistance in As-electrodeposited FeSe (2017)
  • 著者名/発表者名: A. Yamashita, Y. Takano
  • 学会等名: European Conference on Applied Superconductivity
  • 国際学会
• [学会発表] FeSeを電着したテープ基板のゼロ抵抗の観測 (2017)
  • 著者名/発表者名: 山下 愛智、松本 凌、原 裕、竹屋 浩幸、高野 義彦
  • 学会等名: 第78回応用物理学会秋季学術講演会
• [学会発表] キャリア制御したSnSe単結晶の熱電特性 (2017)
  • 著者名/発表者名: 山下 愛智、松本 凌、原 裕、田中 博美、竹屋 浩幸、高野 義彦
  • 学会等名: 第78回応用物理学会秋季学術講演会
• [学会発表] Synthesis and Performance Up of Iron Chalcogenide Superconductors by Electrochemical Technique (2016)
  • 著者名/発表者名: A. Yamashita, M. Tanaka, K. Suzuki, H. Hara, Y. Yanagisawa, R. Matsumoto, H. Takeya, Y. Takano
  • 学会等名: International Workshop on Superconductivity and Related Functional Materials 2016
  • 発表場所: National Institute for Materials Science in Sengen, Tsukuba city, Ibaraki, Japan
  • 年月日: 2016-12-20
  • 国際学会
• [学会発表] Synthesis and Performance Up of Iron Chalcogenide Superconductors by Electrochemical Technique (2016)
  • 著者名/発表者名: A. Yamashita, M. Tanaka, Y. Takano
  • 学会等名: NIMS WEEK 2016
  • 発表場所: 東京国際フォーラム、千代田区、東京都、日本
  • 年月日: 2016-10-20
• [学会発表] Electrochemical Synthesis of Iron Chalcogenide Superconductors and Enhancement of Superconducting Property (2016)
  • 著者名/発表者名: A. Yamashita, M. Tanaka, K. Suzuki, H. Hara, Y. Yanagisawa, R. Matsumoto, H. Takeya,and Y. Takano
  • 学会等名: Science and Applications of Thin Films, Conference & Exhibition 2016
  • 発表場所: Izmir, Turkey
  • 年月日: 2016-09-19
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] 電気化学的手法による鉄カルコゲナイド超伝導体の合成 (2016)
  • 著者名/発表者名: 山下愛智, 田中将嗣, 柳沢佑典, 松本凌, 鈴木皓司, 竹屋浩幸, 高野義彦
  • 学会等名: 第77回応用物理学会秋季学術講演会
  • 発表場所: 朱鷺メッセ、新潟市、新潟県、日本
  • 年月日: 2016-09-13
• [学会発表] Superconductivty in Iron Chalcogenide compounds induced by Battery-like Reaction (2016)
  • 著者名/発表者名: A. Yamashita, Y. Takano
  • 学会等名: Applied Superconductivity Conference 2016
  • 発表場所: Colorado, America
  • 年月日: 2016-09-04
  • 国際学会
• [学会発表] Inducement of Superconductivity in FeTe1-xSx by Electrochemical Reaction (2016)
  • 著者名/発表者名: A. Yamashita, Y. Takano
  • 学会等名: Nano Centre Annual Conference 2016
  • 発表場所: Adelaide, Australia
  • 年月日: 2016-06-13
  • 国際学会