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結晶構造次元性に着目したハイエントロピー合金型サイトを有する新超伝導体の開発

公募研究

研究領域ハイエントロピー合金:元素の多様性と不均一性に基づく新しい材料の学理
研究課題/領域番号 21H00151
研究種目

新学術領域研究(研究領域提案型)

配分区分補助金
審査区分 理工系
研究機関東京都立大学

研究代表者

水口 佳一  東京都立大学, 理学研究科, 准教授 (50609865)

研究期間 (年度) 2021-04-01 – 2023-03-31
研究課題ステータス 完了 (2022年度)
配分額 *注記
8,450千円 (直接経費: 6,500千円、間接経費: 1,950千円)
2022年度: 4,290千円 (直接経費: 3,300千円、間接経費: 990千円)
2021年度: 4,160千円 (直接経費: 3,200千円、間接経費: 960千円)
キーワード超伝導 / 結晶構造 / ハイエントロピー合金 / 層状物質 / 局所構造乱れ / 異常熱膨張 / 電子状態 / 原子振動 / 新超伝導体 / 結晶構造次元性 / ハイエントロピー合金型化合物 / 超伝導体 / 高圧効果 / 新物質 / 薄膜 / 高温超伝導 / 結晶構造解析
研究開始時の研究の概要

代表者はHigh-Entropy-Alloy(HEA)の概念を化合物超伝導体に適用した新しい超伝導体を開発してきた.化合物中には様々な特徴を持った化学結合が存在し,HEA化することで電子状態に大きな変化が期待できる.本研究では,これまでに合成してきたHEA型超伝導体を結晶構造次元性の観点で整理し,新たに1次元~3次元的結晶構造を有する新しいHEA型超伝導体を開発し,化合物のHEA化が結晶構造および超伝導特性にどのような影響に関する普遍的な理解を得ることを目的とする.得られた指針に基づいて高い特性を持った新超伝導体の開発を目指す.

研究実績の概要

ハイエントロピー合金型(HEA型)化合物超伝導体は,新たな乱れた系の超伝導体として
注目を集めている.本研究では,様々な結晶構造を持つ化合物超伝導体をHEA化し,結晶構造次元性とHEA化による影響の違いを明らかにするとおもに,HEA型化合物超伝導体に特有の超伝導特性を見出すことを目的とした.
2022年度は,3次元構造のHEA型超伝導体として,NaCl型テルライドMTe,A15型超伝導体Nb3XおよびV3Xの開発を行い,擬2次元系として遷移金属ジルコナイドTrZr2の研究を行った.また,層状物質として,銅酸化物高温超伝導体ReBa2Cu3O7-dの薄膜開発を行った.
MTeにおいては高圧下での特異な超伝導特性を見出すことに成功した.高圧印加によっても,高圧相(CsCl型構造)での超伝導転移温度(Tc)が変化しない現象を見出した.配置エントロピーの低いMTeでは高圧の印加でTcが顕著に低下するため,本現象はHEA効果によるものと結論付けた.また,原子振動シミュレーションや電子状態計算から,HEA化によってガラスのような原子振動特性と電子バンドのぼやけが生じていることを見出した.
A15系では,Nb3X(XサイトをHEA化)では相分離が生じず,V3Xでは複数のHEA型組成への相分離が生じることを見出した.V3Xの相分離は,近年研究コンセプトが提案されたCCA(Compositionally Complex Alloy)に該当するものであり,上部臨界磁場が大幅に上昇することも見出した.TrZr2では,比熱測定やμSRを系統的に行い,電子対の寿命が非常に短いことや超伝導ギャップの不均一性を見出した.また,TrZr2における一軸負の熱膨張を発見した.銅酸化物系薄膜の開発に成功し,HEA化によって強磁場下での臨界電流密度特性の低下が抑制される可能性を示した.

現在までの達成度 (段落)

令和4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4年度が最終年度であるため、記入しない。

報告書

(2件)
  • 2022 実績報告書
  • 2021 実績報告書
  • 研究成果

    (19件)

すべて 2023 2022 2021 その他

すべて 雑誌論文 (11件) (うち国際共著 1件、 査読あり 11件、 オープンアクセス 7件) 学会発表 (6件) (うち国際学会 2件、 招待講演 1件) 備考 (1件) 産業財産権 (1件)

  • [雑誌論文] Axis thermal expansion switching in transition-metal zirconides TrZr<sub>2</sub> by tuning the c/a ratio2023

    • 著者名/発表者名
      Arima Hiroto、Riad Kasem Md.、Mizuguchi Yoshikazu
    • 雑誌名

      Applied Physics Express

      巻: 16 号: 3 ページ: 035503-035503

    • DOI

      10.35848/1882-0786/acc006

    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Glassy atomic vibrations and blurry electronic structures created by local structural disorders in high-entropy metal telluride superconductors2023

    • 著者名/発表者名
      Mizuguchi Yoshikazu、Usui Hidetomo、Kurita Rei、Takae Kyohei、Kasem Md Riad、Matsumoto Ryo、Yamane Kazuki、Takano Yoshihiko、Nakahira Yuki、Yamashita Aichi、Goto Yosuke、Miura Akira、Moriyoshi Chikako
    • 雑誌名

      Materials Today Physics

      巻: 32 ページ: 101019-101019

    • DOI

      10.1016/j.mtphys.2023.101019

    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Uniaxial Negative Thermal Expansion in an Orthorhombic Superconductor CoZr<sub>3</sub>2023

    • 著者名/発表者名
      Arima Hiroto、Inui Tatsuki、Yamashita Aichi、Miura Akira、Itou Hiroaki、Moriyoshi Chikako、Fujihisa Hiroshi、Mizuguchi Yoshikazu
    • 雑誌名

      Journal of the Physical Society of Japan

      巻: 92 号: 2 ページ: 024602-024602

    • DOI

      10.7566/jpsj.92.024602

    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Sign change in c-axis thermal expansion constant and lattice collapse by Ni substitution in transition-metal zirconide superconductor Co1?xNixZr22023

    • 著者名/発表者名
      Watanabe Yuto、Arima Hiroto、Usui Hidetomo、Mizuguchi Yoshikazu
    • 雑誌名

      Scientific Reports

      巻: 13 号: 1 ページ: 1008-1008

    • DOI

      10.1038/s41598-023-28291-y

    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Anomalous Thermal Expansion in a CuAl2-type Superconductor CoZr22022

    • 著者名/発表者名
      Mizuguchi Yoshikazu、Kasem Md. Riad、Ikeda Yoichi
    • 雑誌名

      Journal of the Physical Society of Japan

      巻: 91 号: 10 ページ: 103601-103601

    • DOI

      10.7566/jpsj.91.103601

    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Improvement of critical current density of REBa2Cu3O7-δ by increase in configurational entropy of mixing2022

    • 著者名/発表者名
      Yamashita Aichi、Shukunami Yuta、Mizuguchi Yoshikazu
    • 雑誌名

      Royal Society Open Science

      巻: 9 号: 3

    • DOI

      10.1098/rsos.211874

    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Fabrication of high-entropy REBa2Cu3O7-δ thin films by pulsed laser deposition2022

    • 著者名/発表者名
      Yamashita Aichi、Hashimoto Kazuki、Suzuki Shunta、Nakanishi Yusuke、Miyata Yasumitsu、Maeda Toshihiko、MIZUGUCHI Yoshikazu
    • 雑誌名

      Japanese Journal of Applied Physics

      巻: in printing 号: 5 ページ: 050905-050905

    • DOI

      10.35848/1347-4065/ac5b39

    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Superconductivity in In-doped AgSnBiTe3 with possible band inversion2021

    • 著者名/発表者名
      Mitobe Tsubasa、Hoshi Kazuhisa、Kasem Md. Riad、Kiyama Ryosuke、Usui Hidetomo、Yamashita Aichi、Higashinaka Ryuji、Matsuda Tatsuma D.、Aoki Yuji、Katase Takayoshi、Goto Yosuke、Mizuguchi Yoshikazu
    • 雑誌名

      Scientific Reports

      巻: 11 号: 1 ページ: 22885-22885

    • DOI

      10.1038/s41598-021-02341-9

    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Anomalous broadening of specific heat jump at T <sub>c</sub> in high-entropy-alloy-type superconductor TrZr<sub>2</sub>2021

    • 著者名/発表者名
      Kasem Md Riad、Yamashita Aichi、Hatano Taishi、Sakurai Kota、Oono-Hori Naoko、Goto Yosuke、Miura Osuke、Mizuguchi Yoshikazu
    • 雑誌名

      Superconductor Science and Technology

      巻: 34 号: 12 ページ: 125001-125001

    • DOI

      10.1088/1361-6668/ac2554

    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] n-Type thermoelectric metal chalcogenide (Ag,Pb,Bi)(S,Se,Te) designed by multi-site-type high-entropy alloying2021

    • 著者名/発表者名
      Yamashita Aichi、Goto Yosuke、Miura Akira、Moriyoshi Chikako、Kuroiwa Yoshihiro、Mizuguchi Yoshikazu
    • 雑誌名

      Materials Research Letters

      巻: 9 号: 9 ページ: 366-372

    • DOI

      10.1080/21663831.2021.1929533

    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Synthesis of new high-entropy alloy-type Nb3 (Al, Sn, Ge, Ga, Si) superconductors2021

    • 著者名/発表者名
      Yamashita Aichi、Matsuda Tatsuma D.、Mizuguchi Yoshikazu
    • 雑誌名

      Journal of Alloys and Compounds

      巻: 868 ページ: 159233-159233

    • DOI

      10.1016/j.jallcom.2021.159233

    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 査読あり
  • [学会発表] 遷移金属ジルコナイドにおける異方的格子熱膨張2023

    • 著者名/発表者名
      水口佳一
    • 学会等名
      日本物理学会2023年年次大会
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
  • [学会発表] Superconductivity of high-entropy-alloy-type compounds2022

    • 著者名/発表者名
      Yoshikazu Mizuguchi
    • 学会等名
      M2S2022
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] 高エントロピー合金型熱電材料の探索2022

    • 著者名/発表者名
      水口佳一
    • 学会等名
      日本物理学会第78回年次大会
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
  • [学会発表] 局所構造を制御した新超伝導体の開発2022

    • 著者名/発表者名
      水口佳一
    • 学会等名
      金研ワークショップ(中性子)
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] Material design concept for superconducting high-entropy-alloy-type compounds2021

    • 著者名/発表者名
      Yoshikazu Mizuguchi
    • 学会等名
      MRM2021
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] 高エントロピー合金型化合物TrZr2の超伝導特性2021

    • 著者名/発表者名
      水口佳一
    • 学会等名
      日本物理学会2021年秋季大会
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
  • [備考] 東京都立大学超伝導物質研究室

    • URL

      https://www.comp.tmu.ac.jp/eeesuper/mizuguchilab/index.html

    • 関連する報告書
      2022 実績報告書 2021 実績報告書
  • [産業財産権] 熱膨張性を制御した遷移金属ジルコナイド及びその設計方法2022

    • 発明者名
      水口佳一,有馬寛人
    • 権利者名
      水口佳一,有馬寛人
    • 産業財産権種類
      特許
    • 産業財産権番号
      2022-167834
    • 出願年月日
      2022
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書

URL: 

公開日: 2021-04-28   更新日: 2023-12-25  

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