酸化物新物質の創製と機能の探索

1998 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 08044135
• 研究機関: 東京工業大学
• 研究代表者: 山内 尚雄 東京工業大学, 応用セラミックス研究所, 教授 (50271581)
• 研究分担者: 末松 久幸 東京工業大学, 応用セラミックス研究所, 助手 (30222045) ; 川埼 雅司 東京工業大学, 応用セラミックス研究所, 助教授 (90211862) ; 吉本 護 東京工業大学, 応用セラミックス研究所, 助教授 (20174998) ; 鯉沼 秀臣 東京工業大学, 応用セラミックス研究所, 教授 (70011187)
• キーワード: 超伝導 / ホール分布 / 不可逆磁場 / 短寿命125K級超伝導体 / “水"を含む高磁場超伝導体 / 酸化亜鉛 / コンビナトリアルレーザーMBE / ナノドット低次元構造

研究概要

共同研究のパートナーであるヘルシンキ工科大のProf.NiinistoとDr.Karppinenとは、高温超伝導物質結晶内のキャリア分布と超伝導特性の向上に関する実験および結果の検討を行った。ペンシルバニア州立大のProf.Schlomとは酸化物の薄膜形成と電子機能について討論した。1998年11月12〜13日には、"International Workshop on Chemical Desigh and Processing of High-T_cSuperconductors IV"をDr.KarppinenとProf.Schlomとともに開催し、本共同研究の今までの成果を発表した。またヘルシンキ工科大のProf.NiinistoとはALE法による超伝導薄膜合成と、コンビナトリアルケミストリー法の材料開発への応用に関する研究協力を行った。主な成果は以下の通りである。
● 単位格子内ホール分布を自在に制御できる超伝導物質シリーズ、(Yb,Ca)(Ba,Sr)_2CU_3O_<7-d>を合成し、T_cを低下させずに不可逆磁場特性が大きく向上した試料の作製に成功した。ボンド・バレンス計算やX線吸収実験結果より、キャリアの分布を均一にすると、不可逆磁場特性が大きく向上することを見いだし、実際に物質を創製しこれを実証した。
● Ba-Ca-Cu-O系で最も高い臨界温度126Kをもつが非常に不安定な超伝導物質を合成し、この相がBa_2Ca_2Cu_3O_y(0223相)であり、大気中で"水"を含むH_5Ba_2Ca_2Cu_3O_y(H-5223相)に変化する過程を初めて解明した。これら2相を比較すると、後者の不可逆磁場特性はむしろ優れており、磁場特性は構造よりもキャリアの空間分布異方性により支配されることがわかった。
● 酸化物ヘテロ接合の完全制御をめざし、酸化物最表面構造の実空間原子レベル同定技術を確立し、成膜条件と結晶成長表面の定量的な相関を解明した。
● 新奇な磁気特性創成をめざし、強磁性酸化物におけるナノワイヤー、ナノドット低次元構造の構築に成功し、磁気特性の次元依存性についての基礎的知見を得ることができた。
● レーザーMBEをベースとするコンビナトリアルレーザーMBEおよび超格子製造装置のコンセプトを提案してこれを作製し、原子レベルで制御した多層薄膜のパラレル合成に世界で初めて成功した。また、室温紫外レーザー光の発振を見出したZnOナノドット膜のバンドギャップ制御に、コンビナトリアルレーザーMBE法が極めて有効な手法であることを明らかにした。

研究成果

• [文献書誌] T.Hosomi: "Identification of Superconducting Phases in the Ba-Ca-Cu-O System:an Unstable Phase with T_c【product】26K and its Derivative with T_c【thermodynamics】0K" Journal of Materials Chemistry. (In press). (1999)
• [文献書誌] T.Nakane: "Magnetic-Field Irreversibility in Superconducting Cu(Ba_<0.8>Sr_<0.2>)_2(Yb_<1-x>Ca_x)Cu_2O_<6+z> with Controlled Distribution of Holes" Superconductor Science and Technology. (In press). (1999)
• [文献書誌] K.Peitola: "Stoichiometry and Copper Valence in the Ba_<1-Y>CuO_<2+d> System" Journal of Materials Chemistry. 9. 465-470 (1999)
• [文献書誌] M.Karppinen: "The Doping Routes and Distribution of Holes in Layered Cuprates-A Novel Bond-Valence Approach" Philosophical Magazine B. 79/2. 343-366 (1999)
• [文献書誌] M.Nagase: "Layered(Cu,Fe)Oxides of Double Perovskite Structure II:Extension of Solid-Solubility of Copper in(Ba,La)Y(Cu_<0.5+x>Fe_<0.5-x>)_2O_<5+d> via High-Pressure Heat Treatment" Physical Review B. 59. 1377-1382 (1998)
• [文献書誌] T.Ito: "Oxygen Content in High-Pressure Synthesized CuBa_2Ca_3Cu_4O_<10+d>(Cu-1234:P)Superconductor" Physica C. 308. 198-202 (1998)
• [文献書誌] T.Ito: "Optimization of the Synthesis and Tuning the Oxygen Content of the CuBa_2Ca_2Cu_3O_<8+d>(Cu-1223:P)Superconductor" Physica C. 308. 9-15 (1998)
• [文献書誌] M.Nagase: "Layered(Cu,Fe)Oxides of Double Perovskite Structure I:Correlation between Structural and Magnetic Property Changes in Bay(Cu_<0.5>Fe_<0.5>)_2O_<5+d> upon High-Pressure Heat-Treatment" Physical Review B. 58/6. 3371-3376 (1998)
• [文献書誌] H.Yamauchi: "Strongly Overdoped States and Irreversibility-Field Characteristics of the Hg-1223 and Cu-1223:P Superconducting Cuprates" Superconductor Science and Technology. 11/10. 1006-1010 (1998)
• [文献書誌] K.Fujinami: "Investigation of Different Hole-Doping Routes in Cu(Ba,Sr)_2(Yb_<1-x>Ca_x)Cu_2O_<6+z>" Physica C. 300/1,2. 17-25 (1998)
• [文献書誌] M.Karppinen: "Metal Valences and Hole-Doping Routes in Tl-and Hg-based Superconducting Cuprates;Journal of Superconductivity" Journal of Superconductivity. 11/1. 39-42 (1998)
• [文献書誌] K.Fujinami: "Effect of Overdoping on the Irreversibility Field and Critical Current Density of the HgBa_2Ca_2Cu_3O_<8+z> Superconductor" Physica C. 307(3&4). 202-208 (1998)
• [文献書誌] M.Yoshimoto: "Atomic-scale Analysis of Laser MBE Growth of Oxide Thin Films by In situ RHEED and CAICISS" Mat.Res.Soc. 502. 227-236 (1998)
• [文献書誌] M.Yoshimoto: "In situ Determination of the Terminating Layer of La_<0.7>Sr_<0.3>MnO_3 Thin Films Using Coaxial Impact-collision Ion Scattering Spectroscopy" Appl.Phys.Lett.73. 187-189 (1998)
• [文献書誌] G-H.Lee: "Epitaxial BaTiO_3 Thin Films Grown in Unit-Cell Layer-by-layer Mode by Lazer Molecular Beam Epitaxy" Mater.Sci.& Eng.B. 56. 213-217 (1998)
• [文献書誌] G-H.Lee: "Self-assenbled Island Formation of LiNbO_3 by Pulsed Laser Deposition on Al_2O_3 Substrate" Appl.Surf.Science. 127-129. 393-397 (1998)
• [文献書誌] 山内尚雄: "“超伝導材料"「平成9年度セラミックス電子材料入門講座テキスト」" 日本セラミックス協会、東京, 185-202 (1998)