超高圧下電気伝導測定装置の開発と新規超伝導探索

• 研究課題/領域番号: 17J05926
• 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: 電子・電気材料工学
• 研究機関: 筑波大学
• 研究代表者: 松本 凌 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): 2017-04-26 – 2020-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2019年度)
• 配分額: 3,100千円 (直接経費: 3,100千円); 2019年度: 1,000千円 (直接経費: 1,000千円); 2018年度: 1,000千円 (直接経費: 1,000千円); 2017年度: 1,100千円 (直接経費: 1,100千円)
• キーワード: 超伝導 / 圧力 / 高圧力 / ダイヤモンド / ダイヤモンドアンビルセル

研究実績の概要

本研究では、ダイヤモンドアンビルセル(DAC)を使用し、超高圧下での物性測定を行うことを目的としている。超高圧下で正確な測定を実現させるためには、数十～数百μm四方の非常に小さなスペースに4端子を形成する必要がある。本研究ではこれまでに、CVDを用いてダイヤモンドにボロンをドープし、金属的な振る舞いを示すボロンドープダイヤの成膜に成功している。これまでに、このボロンドープダイヤモンドをアンビル上に電極として微細加工することで、5つの新しい超伝導体を発見した。
最終年度となる本年度では、これまでに得られた知見に基づき、ダイヤモンドの先端径を微細化させることによって、200 GPa程度の超高圧力の発生と、この圧力下での硫黄水素化物の合成に成功した。合成した硫黄水素化物は30 K程度の超伝導転移温度を示し、これは新たな水素化物高温超伝導体であると考えられる。
また、本年度は、研究実施計画に記載した通り、高圧力下での電気二重層トランジスタ構造の実現にも取り組んだ。ビスマス薄膜を、イオン液体を圧力媒体として加圧した後、ゲーティングを行うことで、試料の電気抵抗をチューニングすることに成功した。また、ゲーティングした状態で圧力を印加していくと、イオン液体が固化することによって、誘起されたキャリアがロックさせることを見出した。
これらの成果から、本研究では研究実施計画で掲げた目標を達成し、材料科学の発展に大きく貢献したものと考えている。

現在までの達成度 (段落)

令和元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

令和元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] Maskless Patterning of Gallium-Irradiated Superconducting Silicon Using Focused Ion Beam (2020)
  • 著者名/発表者名: Matsumoto Ryo、Adachi Shintaro、Sadki El Hadi S.、Yamamoto Sayaka、Tanaka Hiromi、Takeya Hiroyuki、Takano Yoshihiko
  • 雑誌名: ACS Applied Electronic Materials 巻: 2 号: 3 ページ: 677-682
  • DOI: 10.1021/acsaelm.9b00781
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Data-driven exploration for pressure-induced superconductors using diamond anvil cell with boron-doped diamond electrodes and undoped diamond insulating layer (2020)
  • 著者名/発表者名: Ryo Matsumoto, Zhufeng Hou, Shintaro Adachi, Masanori Nagao, Sayaka Yamamoto, Peng Song, Noriyuki Kataoka, Pedro Baptista de Castro, Kensei Terashima, Hiroyuki Takeya, Hiromi Tanaka, Takayoshi Yokoya, Tetsuo Irifune, Kiyoyuki Terakura, and Yoshihiko Takano
  • 雑誌名: High Pressure Research 巻: 40 号: 1 ページ: 22-34
  • DOI: 10.1080/08957959.2019.1695253
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Crystal Growth, Structural Analysis, and Pressure-Induced Superconductivity in a AgIn5Se8 Single Crystal Explored by a Data-Driven Approach (2020)
  • 著者名/発表者名: Ryo Matsumoto, Zhufeng Hou, Hiroshi Hara, Shintaro Adachi, Hiromi Tanaka, Sayaka Yamamoto, Yoshito Saito, Hiroyuki Takeya, Tetsuo Irifune, Kiyoyuki Terakura, and Yoshihiko Takano
  • 雑誌名: Inorg. Chem. 巻: 59 号: 1 ページ: 325-331
  • DOI: 10.1021/acs.inorgchem.9b02295
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Crystal size improvement of Bi-based superconducting whiskers under stress-controlled condition (2020)
  • 著者名/発表者名: Sayaka Yamamoto, Ryo Matsumoto, Shintaro Adachi, Yoshihiko Takano, Hiroyuki Muto, Hiromi Tanaka
  • 雑誌名: Journal of Crystal Growth 巻: 541 ページ: 125669-125669
  • DOI: 10.1016/j.jcrysgro.2020.125669
  • 査読あり
• [雑誌論文] Pressure-induced superconductivity in SnSb2Te4 (2020)
  • 著者名/発表者名: Song Peng、Matsumoto Ryo、Hou Zhufeng、Adachi Shintaro、Hara Hiroshi、Saito Yoshito、Castro P B、Takeya Hiroyuki、Takano Yoshihiko
  • 雑誌名: Journal of Physics: Condensed Matter 巻: 32 号: 23 ページ: 235901-235901
  • DOI: 10.1088/1361-648x/ab76e2
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Pressure-induced superconductivity in the layered pnictogen diselenide NdO0.8F0.2Sb1－xBixSe2 (x=0.3 and 0.7) (2019)
  • 著者名/発表者名: R. Matsumoto, Y. Goto, S. Yamamoto, K. Sudo, H. Usui, A. Miura, C. Moriyoshi, Y. Kuroiwa, S. Adachi, T. Irifune, H. Takeya, H. Tanaka, K. Kuroki, Y. Mizuguchi, and Y. Takano
  • 雑誌名: Phys. Rev. B 巻: 100 号: 9 ページ: 094528-094528
  • DOI: 10.1103/physrevb.100.094528
  • 査読あり
• [雑誌論文] Pressure-induced Superconductivity in Tin Sulfide (2019)
  • 著者名/発表者名: R. Matsumoto, P. Song, S. Adachi, Y. Saito, H. Hara, A. Yamashita, K. Nakamura, S. Yamamoto, H. Tanaka, T. Irifune, H. Takeya, and Y. Takano
  • 雑誌名: Physical Review B 巻: 99 号: 18 ページ: 184502-184502
  • DOI: 10.1103/physrevb.99.184502
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Fabrication of a superconducting YBa2Cu4O8 film via coprecipitation (2019)
  • 著者名/発表者名: Hara Hiroshi、Adachi Shintaro、Matsumoto Ryo、Saito Yoshito、Takeya Hiroyuki、Takano Yoshihiko
  • 雑誌名: Japanese Journal of Applied Physics 巻: 58 号: 7 ページ: 070902-070902
  • DOI: 10.7567/1347-4065/ab2866
  • 査読あり
• [雑誌論文] データ駆動型網羅探索による新規圧力誘起超伝導体の加速的探索 (2019)
  • 著者名/発表者名: 松本 凌、Hou Zhufeng、寺倉 清之、高野 義彦
  • 雑誌名: 固体物理 巻: 54 ページ: 413-420
  • NAID: 40021997613
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Pressure effect in Bi-2212 and Bi-2223 cuprate superconductor (2019)
  • 著者名/発表者名: Adachi Shintaro、MATSUMOTO Ryo、HARA Hiroshi、SAITO Yoshito、SONG Peng、TAKEYA Hiroyuki、WATANABE Takao、Takano Yoshihiko
  • 雑誌名: Applied Physics Express 巻: 12 号: 4 ページ: 043002-043002
  • DOI: 10.7567/1882-0786/ab0521
  • 査読あり
• [雑誌論文] Data-driven exploration of new pressure-induced superconductivity in PbBi2Te4 (2018)
  • 著者名/発表者名: Matsumoto Ryo、Hou Zhufeng、Nagao Masanori、Adachi Shintaro、Hara Hiroshi、Tanaka Hiromi、Nakamura Kazuki、Murakami Ryo、Yamamoto Sayaka、Takeya Hiroyuki、Irifune Tetsuo、Terakura Kiyoyuki、Takano Yoshihiko
  • 雑誌名: Science and Technology of Advanced Materials 巻: 19 号: 1 ページ: 909-916
  • DOI: 10.1080/14686996.2018.1548885
  • 査読あり / オープンアクセス
• [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] Two pressure-induced superconducting transitions in SnBi2Se4 explored by data-driven materials search: new approach to developing novel functional materials including thermoelectric and superconducting materials (2018)
  • 著者名/発表者名: Matsumoto Ryo、Hou Zhufeng、Hara Hiroshi、Adachi Shintaro、Takeya Hiroyuki、Irifune Tetsuo、Terakura Kiyoyuki、Takano Yoshihiko
  • 雑誌名: Applied Physics Express 巻: 11 号: 9 ページ: 093101-093101
  • DOI: 10.7567/apex.11.093101
  • NAID: 210000136347
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Lithography-free control of the position of single-walled carbon nanotubes on a substrate by focused ion beam induced deposition of catalyst and chemical vapor deposition (2018)
  • 著者名/発表者名: Sadki El-Hadi S.、Matsumoto Ryo、Takeya Hiroyuki、Takano Yoshihiko
  • 雑誌名: Applied Physics Express 巻: 11 号: 8 ページ: 085101-085101
  • DOI: 10.7567/apex.11.085101
  • 査読あり / 国際共著
• [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] 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] 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] Superconductivity and its enhancement under high pressure in “F-free” single crystals of CeOBiS 2 (2017)
  • 著者名/発表者名: Tanaka Masashi、Nagao Masanori、Matsumoto Ryo、Kataoka Noriyuki、Ueta Ikuo、Tanaka Hiromi、Watauchi Satoshi、Tanaka Isao、Takano Yoshihiko
  • 雑誌名: Journal of Alloys and Compounds 巻: 722 ページ: 467-473
  • DOI: 10.1016/j.jallcom.2017.06.125
  • 査読あり
• [雑誌論文] Diamond anvil cell using metallic diamond electrodes (2017)
  • 著者名/発表者名: Matsumoto Ryo、Irifune Tetsuo、Tanaka Masashi、Takeya Hiroyuki、Takano Yoshihiko
  • 雑誌名: Japanese Journal of Applied Physics 巻: 56 号: 5S3 ページ: 05FC01-05FC01
  • DOI: 10.7567/jjap.56.05fc01
  • NAID: 210000147811
  • 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] Synthesis of LaO 0.5 F 0.5 BiS 2 nanosheets by ultrasonification (2017)
  • 著者名/発表者名: Miura Akira、Ishii Satoshi、Nagao Masanori、Matsumoto Ryo、Takano Yoshihiko、Watauchi Satoshi、Tanaka Isao、Rosero-Navarro Nataly Carolina、Tadanaga Kiyoharu
  • 雑誌名: J. Asian Cecamic Soc. 巻: 5 号: 2 ページ: 183-185
  • DOI: 10.1016/j.jascer.2017.04.003
  • 査読あり
• [学会発表] シリコン基板表面における集束イオンビーム誘起超伝導 (2020)
  • 著者名/発表者名: 松本 凌, E. S Sadki, 山本 紗矢香, 足立 伸太郎, 田中 博美, 齋藤 嘉人, 竹屋 浩幸, 高野 義彦
  • 学会等名: 日本物理学会第75回年次大会
• [学会発表] 集束イオンビームを用いた超伝導回路のマスクレス描画 (2019)
  • 著者名/発表者名: 松本 凌、E. S. Sadki、青戸 淳之介、山本 紗矢香、齋藤 嘉人、足立 伸太郎、田中 博美、竹屋 浩幸、高野 義彦
  • 学会等名: 2019年第80回応用物理学会秋季学術講演会
• [学会発表] 層状窒化ハロゲン化物超伝導体AxTiNClの高圧力下電気抵抗測定 (2019)
  • 著者名/発表者名: 松本 凌, 田中将嗣, 足立 伸太郎, 山本 紗矢香, 山本 貴史, 寺嶋 健成, 竹屋 浩幸, 入舩徹男, 高野 義彦
  • 学会等名: 日本物理学会2019年秋季大会
• [学会発表] ダイヤモンド電極導入型DACを用いた150 GPa領域での水素化物の合成と測定 (2019)
  • 著者名/発表者名: 松本 凌, 榮永茉利, 足立 伸太郎, 山本 紗矢香, 山本 貴史, 寺嶋 健成, 竹屋 浩幸, 入舩徹男, 中本有紀, 清水克哉, 高野 義彦
  • 学会等名: 日本物理学会2019年秋季大会
• [学会発表] Data-driven Exploration for Pressure-induced Superconductors Using Novel Diamond Anvil Cell with Boron-doped Diamond Electrodes (2019)
  • 著者名/発表者名: MATSUMOTO, Ryo, Hou ZHUFENG, YAMAMOTO, Sayaka, Masanori NAGAO, ADACHI, Shintaro, YAMAMOTO, Takafumi, SAITO, Yoshito, 宋 鵬, Hiromi TANAKA, TERASHIMA, Kensei, Tetsuo IRIFUNE, TAKEYA, Hiroyuki, Kiyoyuki TERAKURA, TAKANO, Yoshihiko
  • 学会等名: MRM 2019
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] 硫化スズSnSの圧力誘起超伝導 (2019)
  • 著者名/発表者名: 松本 凌，Song Peng, 齋藤 嘉人, 原 裕, 足立 伸太郎, 山本 紗矢香, 田中 博美3, 入舩 徹男, 竹屋 浩幸，高野 義彦
  • 学会等名: 日本応用学会 2019春
• [学会発表] データ駆動的手法により選別されたAgIn5Se8の圧力誘起超伝導と最近の進捗 (2019)
  • 著者名/発表者名: 松本 凌, 原 裕, Hou Zhufeng, 足立 伸太郎, Song Peng, 齋藤 嘉人, 田中 博美, 竹屋 浩幸, 入舩 徹男, 寺倉 清之, 高野 義彦
  • 学会等名: 日本物理学会 2019春
• [学会発表] データ駆動的手法を用いた圧力誘起超伝導体の探索 (2018)
  • 著者名/発表者名: 松本 凌, ホー ズーフォン, 原 裕, 長尾 雅則, 足立 伸太郎, 仲村 和貴, 村上 諒, 山本 紗矢香, 田中 博美, 宋 鵬, 齋藤 嘉人, 山下 愛智, 入舩 徹男, 竹屋 浩幸, 寺倉 清之, 高野 義彦
  • 学会等名: 第79回応用物理学会 2018秋
• [学会発表] 補強材付きBi2223線材とNbTi線材のゼロ抵抗接合 (2018)
  • 著者名/発表者名: 松本 凌, 渋谷 直哉, 西島 元, 足立 伸太郎, 田中 橘平, 原 裕, 山下 愛智, 田中 博美, 竹屋 浩幸, 高野 義彦
  • 学会等名: 第79回応用物理学会 2018秋
• [学会発表] データ駆動的手法を用いた新規超伝導体の探索 (2018)
  • 著者名/発表者名: 松本 凌, ホー ズーフォン, 原 裕, 長尾 雅則, 足立 伸太郎, 宋 鵬, 齋藤 嘉人, 山下 愛智, 田中 博美, 入舩 徹男, 竹屋 浩幸, 寺倉 清之, 高野 義彦
  • 学会等名: 日本物理学会 2018秋
• [学会発表] ダイヤモンド電極導入型DACを用いた価数揺動物質Ce(O,F)SbS2の高圧力下電気抵抗測定 (2018)
  • 著者名/発表者名: 松本 凌, 長尾 雅則, 田中 博美, 原 裕, 足立 伸太郎, 齋藤 嘉人, 宋 鵬, 山下 愛智, 入舩 徹男, 竹屋 浩幸, 高野 義彦
  • 学会等名: 日本物理学会 2018秋
• [学会発表] Diamond Anvil Cell with Boron-doped Metallic Diamond Electrodes for Resistivity Measurement under High Pressure (2018)
  • 著者名/発表者名: R. Matsumoto, A. Yamashita, H. Hara, T. Irifune, H. Tanaka, S. Adachi, H. Takeya, and Y. Takano
  • 学会等名: HPSP18&WHS2
  • 国際学会
• [学会発表] ダイヤモンド電極導入型DACによる100GPaへの到達と圧力下電気抵抗測定 (2018)
  • 著者名/発表者名: 松本凌、高野義彦
  • 学会等名: 第一回NPDワークショップ
  • 招待講演
• [学会発表] 微小ダイヤモンド電極導入型ダイヤモンドアンビルセルによる100 GPaへの到達と高圧力下電気抵抗測定 (2018)
  • 著者名/発表者名: 松本 凌，山下 愛智，原 裕, 足立 伸太郎, 入舩 徹男, 田中 博美, 竹屋 浩幸，高野 義彦
  • 学会等名: 2018年応用物理学会春季講演会
  • 招待講演
• [学会発表] 電極導入型ダイヤモンドアンビルセルによる高圧力下物性測定 (2018)
  • 著者名/発表者名: 松本 凌, 原 裕, 山下 愛智, 山本 紗矢香, 田中 博美, 境 毅, 入舩 徹男, 足立 伸太郎, 竹屋 浩幸, 高野 義彦
  • 学会等名: 2018年日本物理学会春季講演会
• [学会発表] Novel Diamond Anvil Cell for Transport Measurement under High Pressure without Difficult Wiring (2018)
  • 著者名/発表者名: Ryo Matsumoto, Aichi Yamashita, Hiroshi Hara, Shintaro Adachi, Hiroyuki Takeya, Yoshihiko Takano
  • 学会等名: APS2018
  • 国際学会
• [学会発表] マルチメガバール領域での物性測定に向けた微小ダイヤモンド電極導入型ダイヤモンドアンビルセルの開発 (2017)
  • 著者名/発表者名: 松本 凌，山下 愛智，原 裕, 入舩 徹男, 田中 博美, 竹屋 浩幸，高野 義彦
  • 学会等名: 2017年応用物理学会秋季講演会
• [学会発表] ノンドープダイヤモンドを絶縁層とした金属ダイヤモンド電極導入型DACによる高圧力下物性測定 (2017)
  • 著者名/発表者名: 松本 凌, 山下 愛智, 原 裕, 入舩 徹男, 田中 博美, 田中 将嗣, 竹屋 浩幸, 高野 義彦
  • 学会等名: 2017年日本物理学会秋季講演会
• [学会発表] 絶縁層にダイヤモンド薄膜を利用した電極導入型DACの開発と物性測定 (2017)
  • 著者名/発表者名: 松本凌，山下愛智，原裕，入舩徹男，田中博美，竹屋浩幸，高野義彦
  • 学会等名: 2017年高圧討論会
• [学会発表] Diamond anvil cell with B-doped diamond electrodes (2017)
  • 著者名/発表者名: Ryo Matsumoto, Aichi Yamashita, Hiroshi Hara, Hiromi Tanaka, Hiroyuki Takeya, Yoshihiko Takano
  • 学会等名: TGSW2017
  • 国際学会
• [学会発表] Diamond Anvil Cell with Boron-doped Diamond Electrodes and Undoped Diamond Insulating Layer (2017)
  • 著者名/発表者名: Ryo Matsumoto, Aichi Yamashita, Hiroshi Hara, Tetsuo Irifune, Hiromi Tanaka, Hiroyuki Takeya, Yoshihiko Takano
  • 学会等名: ISS2017
  • 国際学会