インターカレーションによる高温超伝導体の次元性と高キャリアー濃度領域の研究

1993 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 05224208
• 研究機関: 東北大学
• 研究代表者: 小池 洋二 東北大学, 工学部, 助教授 (70134038)
• キーワード: 酸化物高温超伝導体 / インターカレーション

研究概要

Bi_2Sr_2CaCu_2O_8にヨウ素をインターカレーションすると、Tcが約15K低下することが知られていたが、その原因は、ヨウ素からCuO_2面への電荷移動によるオーバー・ドーピングの効果と、次元性の変化の効果の両方であることを明らかにした。さらに、ハロゲンのインターカレーションによるBiO-BiO層間の伸びは、ハロゲンの種類(I,Br,IBr)によって異なるが、Tcの低下は、ハロゲンの種類によらず同じであることから、次元性の変化によるTcの低下は、BiO-BiO層間の距離の変化に因るのではなく、BiO-BiO層間の結合の変化に因っていることがわかった。そして、インターカレーションによってc軸方向の電気抵抗の温度変化が金属的になることを考慮すると、インターカレーションによって、BiO-BiO層間の電子的な結合が強くなって、より3次元的になり、Tcの低下を助長していると推論できた。すなわち、Bi系酸化物においては、より2次元的な電子構造が超伝導に有利であることがわかった。
Bi_2Sr_2CaCu_2O_8について、ヨウ素をインターカレーションし、そのTcのヨウ素濃度x依存性を詳細に調べた結果、xの小さい領域では、ヨウ素からCuO_2面への電荷移動によるオーバー・ドーピング効果のために、xの増加とともにTcが低下し、xの大きい領域では、何らかの理由でCuO_2面のホール濃度が飽和し、Tcが一定になることがわかった。したがって、オーバー・ドーピングによって超伝導が消失する高キャリアー濃度領域の試料を作ることはできなかった。これは、Biがホールを取って+3価から+5価に変わりやすいためであり、Bi系酸化物の宿命と思われる。

研究成果

• [文献書誌] M.Kato: "Crystal Structure and Superconductivity in La_<1.9>Bi_<0.1>CuO_<4+δ> with Excess Oxygen:Superconductivity in the Tetragonal Phase" Physica C. 217. 189-196 (1993)
• [文献書誌] T.Yokota: "Superconducting Energy Gap in Bi_2Sr_2CaCu_2O_8 Observed by High-Resolution Photoemission Spectroscopy" Solid State Communications. 87. 553-556 (1993)
• [文献書誌] T.Fujiwara: "Preparation and Superconducting Properties of Pb_2Sr_2(Ho_<1-x>Ca_x)_<n-1>Cu_nO_<2n+4>(n=2and3) Thin Films" Physica B. 発表予定.
• [文献書誌] Y.Koike: "Crystal structure and Superconductivity in Br-,I- and IBr-Intercalated Bi_2Sr_2CaCu_2O_8" Physica B. 発表予定.
• [文献書誌] A.Kobayashi: "Correlation between the Rhombic Distortion of the CuO_4 Basal Plane and Tc in La_<1.6-X>Nd_<0.4>Sr_XCuO_4" Physica B. 発表予定.
• [文献書誌] M.Kato: "Superconducting Properties of Bi_2Sr_2CaCu_2O_<8+δ> Annealed under High Oxygen Pressure" Physica B. 発表予定.
• [文献書誌] M.Kato: "Superconductivity in the Tetragonal Phase of La_<1.9>Bi_<0.1>CuO_<4+δ> Annealed under High Oxygen Pressure" Journal of Superconductivity. 7. 37-38 (1994)
• [文献書誌] A.Fujiwara: "Effects of Iodine Intercalation into the Bi-Based Copper Oxide Superconductors" Journal of Superconductivity. 7. 123-126 (1994)
• [文献書誌] T.Noji: "Growth,Superconductivity and Anisotropy in the Electrical Resistivity of Pb_2Sr_2Ho_<0.5>Ca_<0.5>Cu_3O_8 Single Crystals:the Effect of Contamination from the Crucible on Tc" Japanese Journal of Applied Physics. 発表予定.
• [文献書誌] Y.Koike: "Iodine and Bromine Intercalation into the Bi-2222 Phase of Bi_2Sr_2(Gd_<0.82>Ce_<0.18>)_2Cu_2O_<10+δ>" Physica C. 発表予定.