ボロン正20面体クラスター固体へのLiおよびMgドープによる高温超伝導材料の探索

2003 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 15360332
• 研究種目: 基盤研究(B)
• 研究機関: 東京大学
• 研究代表者: 木村 薫 東京大学, 大学院・新領域創成科学研究科, 教授 (30169924)
• 研究分担者: 川口 建二 産業技術総合研究所, 界面ナノアーキテクトニクス研究センター, 主任研究員 (80344141) ; 曽我 公平 東京大学, 大学院・新領域創成科学研究科, 助手 (50272399)
• キーワード: 超伝導材料 / ボロン系半導体 / 正20面体クラスター / 高対称性 / ドーピング / 可変領域ホッピング伝導 / パウリ常磁性 / 複雑構造固体

研究概要

B_<12>正20面体クラスターを基本構造とするボロン正20面体クラスター固体(B-ICS)は、クラスターの高い正20面体対称性に起因する大きな状態密度、N(E)をはじめ、フォノン振動数や電子-格子結合定数の上でも高温超伝導に有利な条件を兼ね備えている。また比較的多くの金属をドープできることから、金属ドープで電子を供与することにより伝導帯側のN(E)の高い状態にフェルミ準位、E_F、を操作できれは金属転移や超伝導発現の可能性がある。本研究では、B-ICSにおける超伝導発現の可能性を検討することを目的として、B-ICSに蒸気拡散法を用いてLiやMgをドープした系の構造、EELSによる電子状態と電気伝導率、磁化率の変化を測定した。Mgドープβ菱面体晶ボロン(β-B)においては熱処理温度を下げることにより石英管からのSiの混入を防ぐことに成功した。また、バルク体へのドープが不均質であることが分かったので、均質牲向上のために蒸気拡散法において粉末試料を回転させる機構を取り入れた。この方法で作製した粉末を放電プラズマ焼結炉にて焼結し、測定が難しかったMg高濃度域での電気伝導率の測定にも成功した。電気伝導率の温度依存牲に可変領域ポッピング伝導を仮定しN(E_F)を求めた結果を、磁化率測定から得られたパウリ常磁性のシフトからΔN(E_F)を求めた結果と、Li、MgとSiドープの結果を含めて比較した。電子ドープ数は侵入型のMgを2価、B原子と置喚して入るSi原子と侵入型のLiをそれそれ1価とした。いずれこおいてもこれまでLiドープで見られた電子数4付近の極大に加え、電子数12付近に新たな極大が観則された。前者は8電子収容できる内因性アクセプター準位によるものと考えられるが、後者はその高エネルギー側に新たな局在準位が存在することを意味している。

研究成果

• [文献書誌] K.soga, A.Oguri, S.Araake, M.Terauchi, A.Fujiwara, K.Kimura: "Li-and Mg-doping into icosahedral boron crystals, α-and β-rhombohedral boron, targeting high-temperature superconductivity : structure and electronic states"Journal of Solid State Chemistry. 177-2. 498-506 (2004)
• [文献書誌] Z.Wang, Y.Shimizu, T.Sasaki, K.Kirihara, K.Kawaguchi, K.Kimura, N.Koshizaki: "Fabrication of crystallized boron films by laser ablation"Journal of Solid State Chemistry. (in press). (2004)
• [文献書誌] Z.Wang, T.Sasaki, Y.Shimizu, K.Kirihara, K.Kawaguchi, K.Kimura, N.Koshizaki: "Effect of substrate position on the morphology of boron products by laser ablation"Applied Physics A. (in press). (2004)