超高圧下電気伝導測定装置の開発と新規超伝導探索

2019 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 17J05926
• 研究機関: 筑波大学
• 研究代表者: 松本 凌 筑波大学, 数理物質科学研究科, 特別研究員(DC1)
• 研究期間 (年度): 2017-04-26 – 2020-03-31
• キーワード: 超伝導 / 圧力

研究実績の概要

本研究では、ダイヤモンドアンビルセル(DAC)を使用し、超高圧下での物性測定を行うことを目的としている。超高圧下で正確な測定を実現させるためには、数十～数百μm四方の非常に小さなスペースに4端子を形成する必要がある。本研究ではこれまでに、CVDを用いてダイヤモンドにボロンをドープし、金属的な振る舞いを示すボロンドープダイヤの成膜に成功している。これまでに、このボロンドープダイヤモンドをアンビル上に電極として微細加工することで、5つの新しい超伝導体を発見した。
最終年度となる本年度では、これまでに得られた知見に基づき、ダイヤモンドの先端径を微細化させることによって、200 GPa程度の超高圧力の発生と、この圧力下での硫黄水素化物の合成に成功した。合成した硫黄水素化物は30 K程度の超伝導転移温度を示し、これは新たな水素化物高温超伝導体であると考えられる。
また、本年度は、研究実施計画に記載した通り、高圧力下での電気二重層トランジスタ構造の実現にも取り組んだ。ビスマス薄膜を、イオン液体を圧力媒体として加圧した後、ゲーティングを行うことで、試料の電気抵抗をチューニングすることに成功した。また、ゲーティングした状態で圧力を印加していくと、イオン液体が固化することによって、誘起されたキャリアがロックさせることを見出した。
これらの成果から、本研究では研究実施計画で掲げた目標を達成し、材料科学の発展に大きく貢献したものと考えている。

現在までの達成度 (段落)

令和元年度が最終年度であるため、記入しない。

今後の研究の推進方策

令和元年度が最終年度であるため、記入しない。

研究成果

• [雑誌論文] Maskless Patterning of Gallium-Irradiated Superconducting Silicon Using Focused Ion Beam (2020)
  • 著者名/発表者名: Matsumoto Ryo、Adachi Shintaro、Sadki El Hadi S.、Yamamoto Sayaka、Tanaka Hiromi、Takeya Hiroyuki、Takano Yoshihiko
  • 雑誌名: ACS Applied Electronic Materials 巻: 2 ページ: 677～682
  • DOI: 10.1021/acsaelm.9b00781
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Crystal size improvement of Bi-based superconducting whiskers under stress-controlled condition (2020)
  • 著者名/発表者名: Sayaka Yamamoto, Ryo Matsumoto, Shintaro Adachi, Yoshihiko Takano, Hiroyuki Muto, Hiromi Tanaka
  • 雑誌名: Journal of Crystal Growth 巻: 541 ページ: -
  • DOI: 10.1016/j.jcrysgro.2020.125669
  • 査読あり
• [雑誌論文] Pressure-induced superconductivity in SnSb2Te4 (2020)
  • 著者名/発表者名: Song Peng、Matsumoto Ryo、Hou Zhufeng、Adachi Shintaro、Hara Hiroshi、Saito Yoshito、Castro P B、Takeya Hiroyuki、Takano Yoshihiko
  • 雑誌名: Journal of Physics: Condensed Matter 巻: 32 ページ: 235901～235901
  • DOI: 10.1088/1361-648X/ab76e2
  • 査読あり
• [雑誌論文] Data-driven exploration for pressure-induced superconductors using diamond anvil cell with boron-doped diamond electrodes and undoped diamond insulating layer (2019)
  • 著者名/発表者名: Matsumoto Ryo、Hou Zhufeng、Adachi Shintaro、Nagao Masanori、Yamamoto Sayaka、Song Peng、Kataoka Noriyuki、de Castro Pedro Baptista、Terashima Kensei、Takeya Hiroyuki、Tanaka Hiromi、Yokoya Takayoshi、Irifune Tetsuo、Terakura Kiyoyuki、Takano Yoshihiko
  • 雑誌名: High Pressure Research 巻: 40 ページ: 22～34
  • DOI: 10.1080/08957959.2019.1695253
  • 査読あり
• [雑誌論文] Crystal Growth, Structural Analysis, and Pressure-Induced Superconductivity in a AgIn5Se8 Single Crystal Explored by a Data-Driven Approach (2019)
  • 著者名/発表者名: Matsumoto Ryo、Hou Zhufeng、Hara Hiroshi、Adachi Shintaro、Tanaka Hiromi、Yamamoto Sayaka、Saito Yoshito、Takeya Hiroyuki、Irifune Tetsuo、Terakura Kiyoyuki、Takano Yoshihiko
  • 雑誌名: Inorganic Chemistry 巻: 59 ページ: 325～331
  • DOI: 10.1021/acs.inorgchem.9b02295
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Pressure-induced superconductivity in the layered pnictogen diselenide NdO0.8F0.2Sb1?xBixSe2(x=0.3and0.7) (2019)
  • 著者名/発表者名: Matsumoto Ryo、Goto Yosuke、Yamamoto Sayaka、Sudo Kenta、Usui Hidetomo、Miura Akira、Moriyoshi Chikako、Kuroiwa Yoshihiro、Adachi Shintaro、Irifune Tetsuo、Takeya Hiroyuki、Tanaka Hiromi、Kuroki Kazuhiko、Mizuguchi Yoshikazu、Takano Yoshihiko
  • 雑誌名: Physical Review B 巻: 100 ページ: -
  • DOI: 10.1103/PhysRevB.100.094528
  • 査読あり
• [雑誌論文] Pressure-induced superconductivity in tin sulfide (2019)
  • 著者名/発表者名: Matsumoto Ryo、Song Peng、Adachi Shintaro、Saito Yoshito、Hara Hiroshi、Yamashita Aichi、Nakamura Kazuki、Yamamoto Sayaka、Tanaka Hiromi、Irifune Tetsuo、Takeya Hiroyuki、Takano Yoshihiko
  • 雑誌名: Physical Review B 巻: 99 ページ: -
  • DOI: 10.1103/PhysRevB.99.184502
  • 査読あり
• [雑誌論文] Fabrication of a superconducting YBa2Cu4O8 film via coprecipitation (2019)
  • 著者名/発表者名: Hara Hiroshi、Adachi Shintaro、Matsumoto Ryo、Saito Yoshito、Takeya Hiroyuki、Takano Yoshihiko
  • 雑誌名: Japanese Journal of Applied Physics 巻: 58 ページ: 070902～070902
  • DOI: 10.7567/1347-4065/ab2866
  • 査読あり
• [雑誌論文] データ駆動型網羅探索による新規圧力誘起超伝導体の加速的探索 (2019)
  • 著者名/発表者名: 松本 凌、Hou Zhufeng、寺倉 清之、高野 義彦
  • 雑誌名: 固体物理 巻: 54 ページ: 413～420
  • 査読あり / 国際共著
• [学会発表] シリコン基板表面における集束イオンビーム誘起超伝導 (2020)
  • 著者名/発表者名: 松本 凌, E. S Sadki, 山本 紗矢香, 足立 伸太郎, 田中 博美, 齋藤 嘉人, 竹屋 浩幸, 高野 義彦
  • 学会等名: 日本物理学会第75回年次大会
• [学会発表] 集束イオンビームを用いた超伝導回路のマスクレス描画 (2019)
  • 著者名/発表者名: 松本 凌、E. S. Sadki、青戸 淳之介、山本 紗矢香、齋藤 嘉人、足立 伸太郎、田中 博美、竹屋 浩幸、高野 義彦
  • 学会等名: 2019年第80回応用物理学会秋季学術講演会
• [学会発表] 層状窒化ハロゲン化物超伝導体AxTiNClの高圧力下電気抵抗測定 (2019)
  • 著者名/発表者名: 松本 凌, 田中将嗣, 足立 伸太郎, 山本 紗矢香, 山本 貴史, 寺嶋 健成, 竹屋 浩幸, 入舩徹男, 高野 義彦
  • 学会等名: 日本物理学会2019年秋季大会
• [学会発表] ダイヤモンド電極導入型DACを用いた150 GPa領域での水素化物の合成と測定 (2019)
  • 著者名/発表者名: 松本 凌, 榮永茉利, 足立 伸太郎, 山本 紗矢香, 山本 貴史, 寺嶋 健成, 竹屋 浩幸, 入舩徹男, 中本有紀, 清水克哉, 高野 義彦
  • 学会等名: 日本物理学会2019年秋季大会
• [学会発表] Data-driven Exploration for Pressure-induced Superconductors Using Novel Diamond Anvil Cell with Boron-doped Diamond Electrodes (2019)
  • 著者名/発表者名: MATSUMOTO, Ryo, Hou ZHUFENG, YAMAMOTO, Sayaka, Masanori NAGAO, ADACHI, Shintaro, YAMAMOTO, Takafumi, SAITO, Yoshito, 宋 鵬, Hiromi TANAKA, TERASHIMA, Kensei, Tetsuo IRIFUNE, TAKEYA, Hiroyuki, Kiyoyuki TERAKURA, TAKANO, Yoshihiko
  • 学会等名: MRM 2019
  • 国際学会 / 招待講演