| 研究課題/領域番号 |
16K05440
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| 研究機関 | 新潟大学 |
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研究代表者 |
大村 彩子 新潟大学, 研究推進機構, 助教 (60425569)
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| 研究分担者 |
山田 裕 新潟大学, 自然科学系, 教授 (10242835) [辞退]
石川 文洋 新潟大学, 自然科学系, 准教授 (50377181)
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| 研究期間 (年度) |
2016-04-01 – 2019-03-31
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| キーワード | 圧力誘起相転移 / ビスマス系層状合金 / 高圧物性 |
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| 研究実績の概要 |
Bi系層状ラシュバ物質（BiTeX, X=Cl, Br, I）は、空間反転対称性のない結晶構造をもつ極性半導体であり、Cl組成は常圧でトポロジカル絶縁体状態を示し、Br及びI組成では数万気圧（～数GPa）以上で非自明なトポロジカル絶縁体が発現する興味深い物質である。本研究の目的は、高圧力下の物性測定及び放射光X線回折を研究手段として、高圧力を用いてトポロジカル絶縁体域での超伝導探索及び結晶構造の解明により物性を理解することである。
2017年度は高圧力下の結晶構造解析に関して主に研究を進めることができた。これまでに得られているBiTeIの構造データの解析を進め、他機関の研究者の協力も得て高圧相の結晶構造を決定することができた。I組成では高圧構造はすでに報告されているが、本研究で得られた構造モデルはこれとは異なり、既報のモデルとの比較・議論が今後の検討項目のひとつである。高圧力下ではトポロジカル量子状態を直接的に評価することは容易ではないため、結晶構造の解明は理論計算による評価へ寄与することになり、その点からも非常に重要である。一方、Br組成についても高圧力下で良質な構造データを得ることができ、圧力7万気圧および16-20万気圧付近から構造相転移が生じることを判明した。本研究ではおよそ32万気圧まで観測したが、16万気圧付近から回折線の相対強度が変化し始めるが、その変化は非常に緩慢であり、測定圧力範囲では高圧側の相転移の完了を観測することはできなかった。Bi組成の一つめの高圧相については、I組成と同じ構造で説明が可能か解析作業を進めている。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
3: やや遅れている
理由
本物質群は、層状構造を持ち圧縮環境が物性に影響を及ぼす可能性が高いため、静水圧性が高い状態での加圧が物質の本質を観る上で望ましい。よって、本研究では10万気圧域までの圧力発生が可能で、且つ試料を準静水圧下で加圧可能な高圧セルを用いて物性測定を行ってきた。しかし、Br組成及びI組成に関してはこれまで測定した圧力範囲において超伝導転移は観測されておらず、より高い圧力発生が必要であると考えられる。当初、2017年度にダイヤモンドアンビルセルを用いた物性測定まで展開する予定であったが到達できなかった。このように、本研究課題の主目的の一つである圧力誘起超伝導観測が上記の2組成では達成されていないため進捗状況を(3)とした。
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| 今後の研究の推進方策 |
これまでの研究からBr組成やI組成での超伝導探索には、10万気圧を超える圧力発生が必要であることがわかった。このためには、静水圧性は低下するが、ダイヤモンドアンビルセルを用いた物性測定を実験手法の中心とする必要がある。また、本研究では物性探索だけでなく結晶構造と合わせた理解を目指している。進捗状況でも記載したように、層状物質では圧縮環境が物性に影響するため、等しい条件・環境で測定した物性と構造データを用いて議論できることが最も望ましい。そのためには光学窓をもつ高圧セルを用いた同時測定が必要であり、この点からもダイヤモンドアンビルセルが適切なセルであるといえる。最終年度は、本課題研究を遂行する機関においてダイヤモンドアンビルセルの圧力測定装置が整備される予定であり、本高圧セルを利用しやすい環境となるため本研究の加速化を行う。
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| 次年度使用額が生じた理由 |
2017年度は研究の進捗状況に伴い、当初予定していた20-30万気圧超級物性測定を目指した高圧発生環境の整備に必要な物品（白金及び金箔、他）の購入に至らず、次年度使用額が発生した。次年度は、研究計画にも記した通り、本研究遂行に必要な測定環境が別途進むため、次年度使用額は当初の予定通り執行できると考えている。
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