| 研究課題/領域番号 |
21H01605
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| 研究種目 |
基盤研究(B)
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| 配分区分 | 補助金 |
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| 応募区分 | 一般 |
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| 審査区分 |
小区分26010:金属材料物性関連
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| 研究機関 | 九州大学 |
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研究代表者 |
河江 達也 九州大学, 工学研究院, 准教授 (30253503)
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| 研究分担者 |
稲垣 祐次 岡山理科大学, 基盤教育センター, 准教授 (10335458)
丸山 勲 福岡工業大学, 情報工学部, 准教授 (20422339)
志賀 雅亘 九州大学, 工学研究院, 助教 (40961701)
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| 研究期間 (年度) |
2021-04-01 – 2024-03-31
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| 研究課題ステータス |
完了 (2023年度)
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| 配分額 *注記 |
17,550千円 (直接経費: 13,500千円、間接経費: 4,050千円)
2023年度: 2,210千円 (直接経費: 1,700千円、間接経費: 510千円)
2022年度: 3,380千円 (直接経費: 2,600千円、間接経費: 780千円)
2021年度: 11,960千円 (直接経費: 9,200千円、間接経費: 2,760千円)
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| キーワード | 水素 / 超伝導 / トンネル効果 / 離散準位 / 残留抵抗 / ジョセフソン効果 / パラジウム水素化物 / ニオブ / パラジウム / 極低温 / 量子トンネル / 金属内への侵入・拡散 / 非弾性電子分光 / 量子効果 / 量子ノイズ / バナジウム / 鉛 |
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| 研究開始時の研究の概要 |
これまでの研究で申請者は、液体水素中で金属ナノ接合に数十mV程度の微小電圧を印加すると、金属内に水素が侵入・拡散し高濃度水素化物が生成されることを明らかにしている。本計画はこの現象の起源を解明するため ①金属表面から内部への水素侵入 ②内部での水素拡散、の2過程に注目して非弾性電子分光測定を利用することで微視的に追跡する。①に関しては、金属表面の構造、表面における水素密度、温度変化などに注目して実験を行い水素侵入が起きる条件を明らかにする。②については水素トンネルに焦点を当て研究を進める。以上をもとに①②それぞれに対する電圧印可の役割を解明することで、本現象の全容解明を行う。
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| 研究成果の概要 |
超伝導体に吸着あるいはその内部に侵入した水素の量子的な振る舞いは、常伝導金属中における水素の量子的な振る舞いから大きく変化することがわかった。例えば超伝導体表面に水素が吸着すると~0.1meVレベル間隔のエネルギー準位形成を示唆する結果がジョセフソン接合に対する水素吸着実験から明らかにした。またPd金属に温度200Kより低温で水素吸蔵を行うと高品質のPdHx超伝導体が得られることを示した。一方、非常に高品質超伝導体にもかかわらず、超伝導転移後も水素トンネルの影響で電気抵抗がゼロにならないことを明らかにした。さらに水素を微量吸蔵した場合も起きることを、振動ワイヤ実験を通して明らかにした。
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| 研究成果の学術的意義や社会的意義 |
超伝導転移するとフェルミ面に超伝導ギャップが出現する。このため水素が周囲の電子系より受ける相互作用は大きく低減し、トンネル拡散係数は指数的に上昇することが理論的研究から指摘されていた。これ水素が示す量子現象も常伝導状態から劇的に変化することを意味する。一方、超伝導体中水素の量子的振る舞いに焦点を絞った実験研究は全く実施されていなかった。そのような背景に対して、我々の実験結果は超伝導体中の水素の量子的振る舞いが常伝導体から劇的に変化することを初めて実験的に示したものである。この結果は、高濃度水素化物における高温超伝導現象や超伝導量子ビットにおける水素ノイズ問題などへの波及効果が期待される。
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