層状窒化物超伝導体の開発と応用

2003 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 14350461
• 研究機関: 広島大学
• 研究代表者: 山中 昭司 広島大学, 大学院・工学研究科, 教授 (90081314)
• 研究分担者: 犬丸 啓 広島大学, 大学院・工学研究科, 助教授 (80270891)
• キーワード: 超伝導 / 層状物質 / 窒化物 / インターカレーション / 高圧合成 / 薄膜

研究概要

当研究者らは、先に、ZrNおよびHfNの層状ハニカム層を含む窒化物β-MNX(M=Zr,Hf;X=Cl,Br,I)の層間にアルカリ金属をインターカレーションし、MN層に電子をドープすることにより、高い臨界温度(Tc)を有する超伝導体が得られることを見出している。本研究では、引き続き、新規層状窒化物超伝導体の開発、超伝導機構の解明、薄膜化を目的として、研究を推進する。平成15年度の主な研究成果の概要は次の通りである。
1.フッ化窒化物の新しい合成法を開発した。ガラス管を用いるこれまでの反応では、酸素が混入したM(N,O,F)_x(M=Zr,Hf)しか合成できなかったが、ステンレスチューブに封入する方法を開発し、MN_<1-x>F_<1+3x>の合成に成功した。電子ドープによる物性変化について、研究を継続している。
2.ZrN_<1-x>F_<1+3x>の単結晶の合成と構造解析。フッ化アンモニウムを用いるフラックス法により、単結晶を合成し、X線構造解析に成功した。電子線回折測定で示唆された長周期構造は、ZrNの二次元正方格子とフッ素の二次元六方格子が交互に積み重なった特徴ある変調構造に起因することを明らかにした。
3.α型層状結晶HfNBrにもアルカリ金属と溶媒分子がコインターカレーションするが、電子は局在し、超伝導体にはならないことを明らかにした。
4.α-HfNBrの層間の臭素原子を硫黄原子で置換したHf_2N_2Sの合成に成功し、構造を明らかにすると共に、アルカリ金属のインターカレーションが可能であることを示した。
5.ブレークジャンクション法による超伝導ギャップの測定や超伝導磁気特性など、物性研究を共同で推進した。
6.Sr_2N薄膜をMg0基板上に配向膜として作成し、層間に窒素がインターカレーションすることを見出した。MnN-TiN固溶体のエピ薄膜の合成にもレーザーMBE法により初めて成功した。

研究成果

• [文献書誌] L.Zhu: "Preparation and superconductivity of Chlorine-Deintercalated Crystals β-M NCl_<1-x> (M=Zr, Hf)"Chem.Mater.. 15. 1897-1902 (2003)
• [文献書誌] S.Yamamaka: "Electron-doping and superconductivity in layer-structured nitride chlorides, β-MNCL (M=Zr, Hf)"Physica B. 328. 6-9 (2003)
• [文献書誌] T.Ekino: "Tunneling spectroscopy of MgB_2 and Li_x(THF)_yHfNCl"Physica B. 328. 23-25 (2003)
• [文献書誌] T.Ekino: "Tunneling spectroscopy of the electron-doped layered superconductor Li_<0.48>(THF)_<0.3>HfNCl"Physica B. 388-389. 1323-1324 (2003)
• [文献書誌] H.Tou: "Superconducting characteristics in electron-doped layered hafnium nitride : ^<15>N isotope effect studies"Phys.Rev.B. 67. 100509/1-100509/4 (2003)
• [文献書誌] S.Yamanaka: "Alkali Metal Intercalation in Layer Structured α-HfNBr"J.Phys.Chem.Solids. 65. 565-569 (2004)
• [文献書誌] S.Shamoto: "Structural Study on Na_xHfNCl System"Physica C. 402. 283-292 (2004)
• [文献書誌] T.Itoh: "Superfluid density of layered tH superconductors Li_xHfNCl and Li_xZrNCl with/ without co-intercalation of THF (tetrahydrofuran) : muon spin relaxation and magnetization measurements"Phys.Rev.B. (印刷中). (2004)
• [文献書誌] L.Zhu: "Preparation and Properties of the ternary nitride ZrNF"Solid State Commun.. 130. 227-230 (2004)
• [文献書誌] K.Inumaru: "Preparation and transport properties of Nbl-xCrxN epitaxial thin films on silicon wafers"Physica B. 328. 123-124 (2004)
• [文献書誌] K.Inumaru: "Layer-by-Layer Deposition of Epitaxial TiN-CrN Multilayers on MgO (001) by Pulsed Laser Ablation"Appl.Surface Sci.. (印刷中). (2004)