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2017 年度 実績報告書

BiCh2系層状化合物における機能性発現と化学圧力効果の相関解明

研究課題

研究課題/領域番号 16H04493
研究機関首都大学東京

研究代表者

水口 佳一  首都大学東京, 理工学研究科, 准教授 (50609865)

研究分担者 三浦 章  北海道大学, 工学研究院, 助教 (10603201)
寺嶋 健成  岡山大学, 異分野基礎科学研究所, 特別契約職員(講師) (20551518)
研究期間 (年度) 2016-04-01 – 2019-03-31
キーワード層状化合物 / 超伝導 / 熱電変換 / 化学圧力 / 結晶構造解析 / 電子状態 / 局所構造 / 新物質開発
研究実績の概要

本研究は,BiCh2系層状化合物において,特に化学圧力を制御することで超伝導特性と熱電変換特性を系統的に変化させることで,物性と相関するパラメータを特定することを第一の目的としている.さらに,それに基づき新規超伝導体,熱電変換材料を創出することを目的とする.
これまでの研究において,BiCh2系層状化合物REO1-xFxBiCh2(REは希土類,Chはカルコゲン)において,REサイトおよびChサイトの元素置換により面内化学圧力を制御できることを見出し,そこで超伝導が発現したり,高熱電性能が得られることを解明してきた.より具体的に,面内化学圧力の上昇によりBiCh面内におけるChサイトの異常に大きい原子変位パラメータが抑制されることを見出した.それにより,バンド計算から予想される電子状態が実際の物質において実現することがわかってきた.今後は,原子変位パラメータ解析を温度の関数として展開することで,動的な原子振動か静的な局所構造乱れかを特定することで,本研究課題の第一目的を達成できると考えている.
これらの研究成果に基づき,新物質としてEu0.5Ce0.5FBiS2-xSex超伝導体を発見し,また,面内化学圧力を最適化させた組成においてSe同位体効果を検証し,非従来型超伝導機構を示唆する結果も得た.新たな化学圧力印加方法の探索により,多層型伝導層を持つRE2O2M4S6(MはPb,Ag,Biなどの金属)を新規に合成した.さらに,本研究では扱う元素をさらに拡張することで,LaOInS2光触媒の発見やNaSn2As2層状超伝導体の発見も達成している.

現在までの達成度 (区分)
現在までの達成度 (区分)

1: 当初の計画以上に進展している

理由

BiCh2系層状化合物REO1-xFxBiCh2(REは希土類,Chはカルコゲン)において,REサイトおよびChサイトの元素置換により面内化学圧力を制御する手法が確立し,計画当初に期待していた超伝導・熱電性能と結晶構造パラメータ(化学圧力)の相関について明確な結果が得られている.さらに,その構造パラメータが持つ物理的意味も平成30年度の研究で解明できることが強く期待される.
また,研究計画時には想定外であった新規物質が数多く開発されているため,本研究は当初の研究計画以上に進展していると考えている.

今後の研究の推進方策

BiCh2系層状化合物REO1-xFxBiCh2(REは希土類,Chはカルコゲン)において,面内化学圧力を印加した際の原子変位パラメータ解析を温度依存性として評価することが第一課題である.これにより,物性と結晶構造パラメータ(化学圧力効果)の相関の本質が見極められる.
また,これまでに得られている新規化合物LaOInS2やRE2O2M4S6,NaSn2As2についても超伝導および熱電性能の評価を進める.これらの物質はBiCh2系層状化合物との類似点が非常に多いため,これらについても化学圧力をキーワードに物質開発および物性評価を行う.

  • 研究成果

    (18件)

すべて 2018 2017 その他

すべて 雑誌論文 (9件) (うち国際共著 1件、 査読あり 9件、 オープンアクセス 1件) 学会発表 (8件) (うち国際学会 5件、 招待講演 3件) 備考 (1件)

  • [雑誌論文] Selenium isotope effect in layered bismuth chalcogenide superconductor LaO0.6F0.4Bi(S,Se)22018

    • 著者名/発表者名
      K. Hoshi, Y. Goto, Y. Mizuguchi
    • 雑誌名

      Phys. Rev. B

      巻: 97 ページ: 094509(1-5)

    • DOI

      10.1103/PhysRevB.97.094509

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Evolution of Anisotropic Displacement Parameters and Superconductivity with Chemical Pressure in BiS2-Based REO0.5F0.5BiS2 (RE = La, Ce, Pr, and Nd)2018

    • 著者名/発表者名
      Y. Mizuguchi, K. Hoshi, Y. Goto, A. Miura, K. Tadanaga, C. Moriyoshi, Y. Kuroiwa
    • 雑誌名

      J. Phys. Soc. Jpn.

      巻: 87 ページ: 023704(1-4)

    • DOI

      10.7566/JPSJ.87.023704

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Effect of Te substitution on crystal structure and transport properties of AgBiSe2 thermoelectric material2018

    • 著者名/発表者名
      Goto Y.、Nishida A.、Nishiate H.、Murata M.、Lee C. H.、Miura A.、Moriyoshi C.、Kuroiwa Y.、Mizuguchi Y.
    • 雑誌名

      Dalton Trans.

      巻: 47 ページ: 2575~2580

    • DOI

      10.1039/c7dt04821a

    • 査読あり
  • [雑誌論文] SnAs-based layered superconductor NaSn2As22017

    • 著者名/発表者名
      Y. Goto, A. Yamada, T. D. Matsuda, Y. Aoki, Y. Mizuguchi
    • 雑誌名

      J. Phys. Soc. Jpn.

      巻: 86 ページ: 123701(1-4)

    • DOI

      10.7566/JPSJ.86.123701

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Synthesis, Crystal Structure, and Physical Properties of New Layered Oxychalcogenide La2O2Bi3AgS62017

    • 著者名/発表者名
      Y. Hijikata, T. Abe, C. Moriyoshi, Y. Kuroiwa, Y. Goto, A. Miura, K. Tadanaga, Y. Wang, O. Miura, Y. Mizuguchi
    • 雑誌名

      J. Phys. Soc. Jpn.

      巻: 86 ページ: 124802(1-4)

    • DOI

      10.7566/JPSJ.86.124802

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Bulk Superconductivity Induced by Se Substitution in BiCh2-Based Layered Compounds Eu0.5Ce0.5FBiS2-xSex2017

    • 著者名/発表者名
      Y. Goto, R. Sogabe, Y. Mizuguchi
    • 雑誌名

      J. Phys. Soc. Jpn.

      巻: 86 ページ: 104712(1-5)

    • DOI

      10.7566/JPSJ.86.104712

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Crystal structure, site selectivity, and electronic structure of layered chalcogenide LaOBiPbS32017

    • 著者名/発表者名
      Mizuguchi Y.、Hijikata Y.、Abe T.、Moriyoshi C.、Kuroiwa Y.、Goto Y.、Miura A.、Lee S.、Torii S.、Kamiyama T.、Lee C. H.、Ochi M.、Kuroki K.
    • 雑誌名

      EPL

      巻: 119 ページ: 26002~26002

    • DOI

      10.1209/0295-5075/119/26002

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Intrinsic Phase Diagram of Superconductivity in the BiCh2-Based System Without In-Plane Disorder2017

    • 著者名/発表者名
      K. Nagasaka, A. Nishida, R. Jha, J. Kajitani, O. Miura, R. Higashinaka, T. D. Matsuda, Y. Aoki, A. Miura, C. Moriyoshi, Y. Kuroiwa, H. Usui, K. Kuroki, Y. Mizuguchi
    • 雑誌名

      J. Phys. Soc. Jpn.

      巻: 86 ページ: 074701(1-6)

    • DOI

      10.7566/JPSJ.86.074701

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Synthesis, structure and photocatalytic activity of layered LaOInS22017

    • 著者名/発表者名
      Miura Akira、Oshima Takayoshi、Maeda Kazuhiko、Mizuguchi Yoshikazu、Moriyoshi Chikako、Kuroiwa Yoshihiro、Meng Yu、Wen Xiao-Dong、Nagao Masanori、Higuchi Mikio、Tadanaga Kiyoharu
    • 雑誌名

      J. Mater. Chem. A

      巻: 5 ページ: 14270~14277

    • DOI

      10.1039/c7ta04440b

    • 査読あり / 国際共著
  • [学会発表] 多層型BiS2系層状化合物の合成と物性2018

    • 著者名/発表者名
      水口佳一,土方雄大
    • 学会等名
      物理学会平成29年度年次大会
  • [学会発表] 高圧効果・化学圧力効果を用いた新超伝導体の開拓2018

    • 著者名/発表者名
      水口佳一
    • 学会等名
      第62回化合物新磁性材料専門研究会
  • [学会発表] Material design strategies for BiCh2-based layered superconductors2017

    • 著者名/発表者名
      Y. Mizuguchi
    • 学会等名
      Superstripes 2017
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Thermoelectric properties of BiS2 systems2017

    • 著者名/発表者名
      Y. Mizuguchi
    • 学会等名
      PCST 2017
    • 国際学会
  • [学会発表] Importance of local crystal structure for superconductivity of BiCh2-based layered compounds2017

    • 著者名/発表者名
      Y. Mizuguchi
    • 学会等名
      E-MRS 2017 Fall meeting
    • 国際学会
  • [学会発表] Superconductivity of layered BiS2-based systems2017

    • 著者名/発表者名
      Y. Mizuguchi
    • 学会等名
      J-Physics2017
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Unconventional superconductivity in BiCh2-based superconductor revealed by isotope effect2017

    • 著者名/発表者名
      Y. Mizuguchi
    • 学会等名
      CEMS symposium on trends in condensed matter physics
    • 国際学会
  • [学会発表] BiS2層を持つ新超伝導体LaO1-xFxBiS2の物性2017

    • 著者名/発表者名
      水口佳一
    • 学会等名
      物理学会平成29年度秋季大会
    • 招待講演
  • [備考] 首都大学東京 超伝導物質研究室 研究業績

    • URL

      http://www.comp.tmu.ac.jp/eeesuper/mizuguchilab/activities.html

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公開日: 2018-12-17  

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