BiS2系層状超伝導体単結晶を用いた固有ジョセフソン素子の作製

• 研究課題/領域番号: 26600077
• 研究種目: 挑戦的萌芽研究
• 配分区分: 基金
• 研究分野: 応用物性
• 研究機関: 首都大学東京
• 研究代表者: 水口 佳一 首都大学東京, 理工学研究科, 助教 (50609865)
• 研究期間 (年度): 2014-04-01 – 2016-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2015年度)
• 配分額: 3,900千円 (直接経費: 3,000千円、間接経費: 900千円); 2015年度: 1,170千円 (直接経費: 900千円、間接経費: 270千円); 2014年度: 2,730千円 (直接経費: 2,100千円、間接経費: 630千円)
• キーワード: 層状超伝導体 / BiS2系超伝導体 / 単結晶育成 / ジョセフソン素子 / アニール効果 / 基礎物性 / 元素置換効果 / 新超伝導体 / 接合作製 / 新物質合成 / ＢｉＳ２系超伝導体 / 超伝導異方性 / 固有ジョセフソン素子 / 結晶構造

研究成果の概要

BiS2系超伝導体RE(O,F)BiS2の単結晶育成に成功した．得られた結晶の超伝導異方性を強磁場中測定で評価し，ジョセフソン素子として利用できることを確認した．また，アニールによるクロス型接合を作製するために，高温での超伝導特性変化を解明した．４００℃以下のアニールでは超伝導特性が劣化しなかったため，接合を試みたが，現時点では超伝導接合実現に至っていない．
クロス型接合以外のジョセフソン素子作製法を見出すため，元素置換による非超伝導相の形成を目指し，Sb置換やRE置換により実現した．元素置換効果を研究する中で，新超伝導体Sn1-xAgxTeを発見した．

研究成果

• [国際共同研究] ローマ大学サピエンツァ校/SPIN(イタリア)
• [国際共同研究] バージニア大学(米国)
• [雑誌論文] High-Pressure Synthesis and Superconductivity of Ag-doped Topological Crystalline Insulator SnTe (Sn1-xAgxTe with x= 0-0.5) (2016)
  • 著者名/発表者名: Y. Mizuguchi, O. Miura
  • 雑誌名: J. Phys. Soc. Jpn. 巻: 85 号: 5 ページ: 053702-053702
  • DOI: 10.7566/jpsj.85.053702
  • NAID: 210000133925
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Compositional and temperature evolution of crystal structure of new thermoelectric compound LaOBiS2-xSex (2016)
  • 著者名/発表者名: Y. Mizuguchi, A. Miura, A. Nshida, O. Miura, K. Tadanaga, N. Kumada, C. H. Lee, E. Magome, C. Moriyoshi, Y. Kuroiwa
  • 雑誌名: J. Appl. Phys. 巻: in printing
  • 査読あり
• [雑誌論文] Thermoelectric properties of new Bi-chalcogenide layered compounds (2016)
  • 著者名/発表者名: Y. Mizuguchi, A. Nishida, A. Omachi, O. Miura
  • 雑誌名: Cogent Phys. 巻: in printing
  • 査読あり
• [雑誌論文] Superconductivity phase diagram of Se-substituted CeO0.5F0.5Bi(S1-xSex)2 (2016)
  • 著者名/発表者名: Y. Mizuguchi, T. Hiroi, O. Miura
  • 雑誌名: J. Phys.: Conf. Ser. 巻: 683 ページ: 012001-012001
  • DOI: 10.1088/1742-6596/683/1/012001
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Structures and optical absorption of Bi2OS2 and LaOBiS2 (2016)
  • 著者名/発表者名: Akira Miura, Yoshikazu Mizuguchi, Takahiro Takei, Nobuhiro Kumada, Eisuke Magome, Chikako Moriyoshi, Yoshihiro Kuroiwa, Kiyoharu Tadanaga
  • 雑誌名: Solid State Communications 巻: 227 ページ: 19-22
  • DOI: 10.1016/j.ssc.2015.11.016
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Recent Advances in Layered Metal Chalcogenides as Superconductors and Thermoelectric Materials: Fe‐Based and Bi‐Based Chalcogenides (2016)
  • 著者名/発表者名: Y. Mizuguchi
  • 雑誌名: The Chemical Records 巻: in printing
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] In-plane chemical pressure essential for superconductivity in BiCh2-based (Ch: S, Se) layered structure (2015)
  • 著者名/発表者名: Yoshikazu Mizuguchi, Akira Miura, Joe Kajitani, Takafumi Hiroi, Osuke Miura, Kiyoharu Tadanaga, Nobuhiro Kumada, Eisuke Magome, Chikako Moriyoshi, Yoshihiro Kuroiwa
  • 雑誌名: Scientific Reports 巻: 2015 号: 1 ページ: 14968-14968
  • DOI: 10.1038/srep14968
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Structural Difference in Superconductive and Nonsuperconductive Bi-S Planes within Bi4O4Bi2S4 Blocks (2015)
  • 著者名/発表者名: Akira Miura, Yoshikazu Mizuguchi, Tsuyoshi Sugawara, Yongming Wang, Takahiro Takei, Nobuhiro Kumada, Eisuke Magome, Chikako Moriyoshi, Yoshihiro Kuroiwa, Osuke Miura, Kiyoharu Tadanaga
  • 雑誌名: Inorganic Chemistry 巻: 54 号: 21 ページ: 10462-10467
  • DOI: 10.1021/acs.inorgchem.5b01919
  • NAID: 120005851043
  • 査読あり
• [雑誌論文] High thermoelectric performance and low thermal conductivity of densified LaOBiSSe (2015)
  • 著者名/発表者名: A. Nishida, O. Miura, C. H. Lee, Y. Mizuguchi
  • 雑誌名: Appl. Phys. Express 巻: 8 号: 11 ページ: 111801-111801
  • DOI: 10.7567/apex.8.111801
  • NAID: 210000137692
  • 査読あり
• [雑誌論文] Review of superconductivity in BiS2-based layered materials (2015)
  • 著者名/発表者名: Y. Mizuguchi
  • 雑誌名: J. Phys. Chem. Solids 巻: 84 ページ: 34-48
  • DOI: 10.1016/j.jpcs.2014.09.003
  • 査読あり
• [雑誌論文] The effect of RE substitution in layered REO0.5F0.5BiS2: chemical pressure, local disorder and superconductivity (2015)
  • 著者名/発表者名: Y. Mizuguchi, E. Paris, T. Sugimoto, A. Iadecola, J. Kajitani, O. Miura, T. Mizokawa and N. L. Saini
  • 雑誌名: Phys. Chem. Chem. Phys. 巻: 17 号: 34 ページ: 22090-22096
  • DOI: 10.1039/c5cp03750f
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Evolution of Superconductivity in BiS2-Based Superconductor LaO0.5F0.5Bi(S1-xSex)2 (2015)
  • 著者名/発表者名: Takafumi Hiroi, Joe Kajitani, Atsushi Omachi, Osuke Miura, Yoshikazu Mizuguchi
  • 雑誌名: J. Phys. Soc. Jpn. 巻: 84 号: 2 ページ: 024723-024723
  • DOI: 10.7566/jpsj.84.024723
  • NAID: 210000133452
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Chemical Pressure Effect on Superconductivity of BiS2-Based Ce1-xNdxO1-yFyBiS2 and Nd1-zSmzO1-yFyBiS2 (2015)
  • 著者名/発表者名: Joe Kajitani, Takafumi Hiroi, Atsushi Omachi, Osuke Miura, Yoshikazu Mizuguchi
  • 雑誌名: J. Phys. Soc. Jpn. 巻: 84 号: 4 ページ: 044712-044712
  • DOI: 10.7566/jpsj.84.044712
  • NAID: 210000133526
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Stabilization of High-Tc Phase of BiS2-Based Superconductor LaO0.5F0.5BiS2 Using High-Pressure Synthesis (2014)
  • 著者名/発表者名: Y. Mizuguchi, T. Hiroi, J. Kajitani, H. Takatsu, H. Kadowaki, O. Miura
  • 雑誌名: J. Phys. Soc. Jpn. 巻: 83 号: 5 ページ: 053704-053704
  • DOI: 10.7566/jpsj.83.053704
  • NAID: 210000133063
  • 査読あり
• [雑誌論文] Anisotropic upper critical field of the BiS2-based superconductor LaO0.5F0.5BiS2 (2014)
  • 著者名/発表者名: Yoshikazu Mizuguchi, Atsushi Miyake, Kazuto Akiba, Masashi Tokunaga, Joe Kajitani, Osuke Miura
  • 雑誌名: Phys. Rev. B 巻: 89 号: 17
  • DOI: 10.1103/physrevb.89.174515
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Discovery of New Layered Phosphide-Chalcogenide Superconductors (2014)
  • 著者名/発表者名: Yoshikazu Mizuguchi
  • 雑誌名: JPSJ News and Comments 巻: 11 ページ: 09-09
  • DOI: 10.7566/jpsjnc.11.09
  • 査読あり
• [雑誌論文] Enhancement of thermoelectric properties by Se substitution in layered bismuthchalcogenide LaOBiS2-xSex (2014)
  • 著者名/発表者名: Yoshikazu Mizuguchi, Atsushi Omachi, Yosuke Goto, Yoichi Kamihara, Masanori Matoba, Takafumi Hiroi, Joe Kajitani, Osuke Miura
  • 雑誌名: J. Appl. Phys. 巻: 116 号: 16
  • DOI: 10.1063/1.4900953
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Importance of uniaxial compression for the appearance of superconductivity in NdO1-xFxBiS2 (2014)
  • 著者名/発表者名: A. Omachi, T. Hiroi, J. Kajitani, O. Miura, Y. Mizuguchi
  • 雑誌名: J. Phys.: Conf. Ser. 巻: 507 号: 1 ページ: 012033-012033
  • DOI: 10.1088/1742-6596/507/1/012033
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Chemical pressure effect on Tc in BiS2-based Ce1-xNdxO0.5F0.5BiS2 (2014)
  • 著者名/発表者名: Joe Kajitani, Atsushi Omachi, Takafumi Hiroi, Osuke Miura, Yoshikazu Mizuguchi
  • 雑誌名: Physica C 巻: 504 ページ: 33-35
  • DOI: 10.1016/j.physc.2014.03.011
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Element Substitution Effect on Superconductivity in BiS2-Based NdO1-xFxBiS2 (2014)
  • 著者名/発表者名: Takafumi Hiroi, Joe Kajitani, Atsushi Omachi, Osuke Miura, Yoshikazu Mizuguchi
  • 雑誌名: J. Supercond. Nov. Magn. 巻: 28 ページ: 1149-1153
  • DOI: 10.1007/s10948-014-2852-1
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Increase in Tc and Change of Crystal Structure by High-Pressure Annealing in BiS2-Based Superconductor CeO0.3F0.7BiS2 (2014)
  • 著者名/発表者名: Joe Kajitani, Takafumi Hiroi, Atsushi Omachi, Osuke Miura, Yoshikazu Mizuguchi
  • 雑誌名: J. Supercond. Nov. Magn. 巻: 28 号: 3 ページ: 1129-1133
  • DOI: 10.1007/s10948-014-2689-7
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Enhancement of Tc by Uniaxial Lattice Contraction in BiS2-Based Superconductor PrO0.5F0.5BiS2 (2014)
  • 著者名/発表者名: Joe Kajitani, Keita Deguchi, Takafumi Hiroi, Atsushi Omachi, Satoshi Demura, Yoshihiko Takano, Osuke Miura, Yoshikazu Mizuguch
  • 雑誌名: J. Phys. Soc. Jpn. 巻: 83 号: 6 ページ: 065002-065002
  • DOI: 10.7566/jpsj.83.065002
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [学会発表] BiS2系超伝導体REO0.5F0.5BiS2-xSexにおけるSe置換効果 (2016)
  • 著者名/発表者名: 水口佳一
  • 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
  • 年月日: 2016-03-22
• [学会発表] Determination of crystal structure parameter important for the emergence of superconductivity in the BiCh2 family (2015)
  • 著者名/発表者名: Y. Mizuguchi
  • 学会等名: ISS2015
  • 発表場所: Tokyo（タワーホール船堀）
  • 年月日: 2015-11-17
  • 国際学会
• [学会発表] 層状ビスマスカルコゲナイドにおける超伝導と高熱電性能 (2015)
  • 著者名/発表者名: 水口佳一
  • 学会等名: 第9回物性科学領域横断研究会 凝縮系科学の最前線
  • 発表場所: 東京大学
  • 年月日: 2015-11-13
• [学会発表] Correlation between crystal structure and superconductivity of BiCh2-based layered superconductors (2015)
  • 著者名/発表者名: Y. Mizuguchi
  • 学会等名: TMU International Symposium
  • 発表場所: Tokyo（首都大学東京）
  • 年月日: 2015-09-24
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] 層状ビスマスカルコゲナイド超伝導体 (2015)
  • 著者名/発表者名: 水口佳一
  • 学会等名: 日本セラミックス協会 第28回秋季シンポジウム
  • 発表場所: 富山大学
  • 年月日: 2015-09-16
  • 招待講演
• [学会発表] 層状ビスマスカルコゲナイド超伝導体の開拓と今後の展望 (2015)
  • 著者名/発表者名: 水口佳一
  • 学会等名: 新学術領域J-Physicsキックオフミーティング
  • 発表場所: 神戸大学
  • 年月日: 2015-09-14
• [学会発表] 新しい層状ビスマスカルコゲナイドの熱電特性 (2015)
  • 著者名/発表者名: 水口佳一
  • 学会等名: 日本熱電学会第１２回学術講演会
  • 発表場所: 九州大学
  • 年月日: 2015-09-07
• [学会発表] Relationship between superconducting property and crystal structure in BiS2-based superconductors (2015)
  • 著者名/発表者名: Y. Mizuguchi
  • 学会等名: M2S2015
  • 発表場所: Geneva (スイス・ジュネーブ）
  • 年月日: 2015-08-25
  • 国際学会
• [学会発表] Superconductivity in Bi-based layered chalcogenides (2015)
  • 著者名/発表者名: Y. Mizuguchi
  • 学会等名: Gordon Research Conference: Unconventional Superconductivity
  • 発表場所: Hong Kong （香港中文大学）
  • 年月日: 2015-05-24
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] BiS2系超伝導体における局所構造変化と超伝導発現 (2015)
  • 著者名/発表者名: 水口佳一，梶谷丈，廣井貴史，三浦大介，E. Paris，N. L. Saini，杉本拓也，溝川貴司，三浦章
  • 学会等名: 日本物理学会第70回年次大会
  • 発表場所: 早稲田大学（東京）
  • 年月日: 2015-03-22
• [学会発表] BiS2系超伝導体EuFBiS2のCeによる元素置換効果 (2015)
  • 著者名/発表者名: 梶谷丈，三浦大介，水口佳一，松田達磨，青木勇二
  • 学会等名: 日本物理学会第70回年次大会
  • 発表場所: 早稲田大学（東京）
  • 年月日: 2015-03-22
• [学会発表] Evolution of superconductivity in REOBiS2-type compounds by tuning crystal structure (2015)
  • 著者名/発表者名: Y. Mizuguchi, J. Kajitani, T. Hiroi, O. Miura, N. L. Saini, A. Miura
  • 学会等名: SMEC2015
  • 発表場所: マイアミ（アメリカ）
  • 年月日: 2015-03-08 – 2015-03-15
  • 招待講演
• [学会発表] Correlation between local crystal structure and physical properties in BiS2-based superconductors (2015)
  • 著者名/発表者名: Y. Mizuguchi, J. Kajitani, T. Hiroi, O. Miura, N. L. Saini, A. Miura
  • 学会等名: APS march meeting 2015
  • 発表場所: サンアントニオ（アメリカ）
  • 年月日: 2015-03-05
• [学会発表] Superconductivity in layered bismuth chalcogenides (2014)
  • 著者名/発表者名: Y. Mizuguchi
  • 学会等名: SuperFox2014
  • 発表場所: ローマ（イタリア）
  • 年月日: 2014-09-24 – 2014-09-26
  • 招待講演
• [学会発表] BiS2系超伝導体の結晶構造と超伝導特性の相関 (2014)
  • 著者名/発表者名: 梶谷丈，三浦大介，水口佳一
  • 学会等名: 日本物理学会2014年度秋季大会
  • 発表場所: 中部大学（愛知）
  • 年月日: 2014-09-09
• [学会発表] BiS2系、BiSe2系超伝導体の最新情報と可能性 (2014)
  • 著者名/発表者名: 水口佳一
  • 学会等名: 超伝導科学技術研究会 第８４回ワークショップ
  • 発表場所: 霞が関全日通ビル（東京）
  • 年月日: 2014-07-22
  • 招待講演
• [学会発表] Novel Superconductors with BiS2-Based Layered Structure (2014)
  • 著者名/発表者名: Y. Mizuguchi
  • 学会等名: 4th International Conference on Superconductivity and Magnetism
  • 発表場所: アンタルヤ（トルコ）
  • 年月日: 2014-04-29
• [学会発表] Correlation of the crystal structure and superconducting property in BiS2-based superconductor (2014)
  • 著者名/発表者名: J. Kajitani. A. Omachi, T. Hiroi, O. Miura, Y. Mizuguchi, H. Takatsu, H. Kadowaki, K. Deguchi, Y. Takano
  • 学会等名: 4th International Conference on Superconductivity and Magnetism
  • 発表場所: アンタルヤ（トルコ）
  • 年月日: 2014-04-29
• [学会発表] Evaluating superconducting characteristics and element substitution effect of NdO1-xFxBiS2 (2014)
  • 著者名/発表者名: T. Hiroi, Y. Mizuguchi, O. Miura
  • 学会等名: 4th International Conference on Superconductivity and Magnetism
  • 発表場所: アンタルヤ（トルコ）
  • 年月日: 2014-04-29
• [備考] 首都大学東京超伝導応用工学研究室ホームページ
  • URL: http://www.comp.tmu.ac.jp/eeesuper/activities.html
• [備考] 首都大学東京 電気電子工学専攻 超伝導応用工学研究室 ホームページ
  • URL: http://www.comp.tmu.ac.jp/eeesuper/