| 研究課題/領域番号 |
20H05644
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| 研究機関 | 大阪大学 |
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研究代表者 |
清水 克哉 大阪大学, 基礎工学研究科, 教授 (70283736)
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| 研究分担者 |
河口 沙織 公益財団法人高輝度光科学研究センター, 回折・散乱推進室, 研究員 (00773011)
高野 義彦 国立研究開発法人物質・材料研究機構, 国際ナノアーキテクトニクス研究拠点, MANA主任研究者 (10354341)
石河 孝洋 東京大学, 大学院理学系研究科(理学部), 特任研究員 (40423082)
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| 研究期間 (年度) |
2020-08-31 – 2025-03-31
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| キーワード | 超伝導 / 高圧合成 / 水素化物 |
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| 研究実績の概要 |
電気抵抗ゼロで電流が流れる超伝導現象が近年の高圧力技術と計算科学の進歩によって、高圧力の条件下では室温に迫る温度でも実現できる期待が高まってきた。この状況をうけて、本研究では、室温で動作する超伝導デバイスの実現を見据え、(1)室温超伝導体を高圧力下で合成すること、(2)超伝導体によるデバイス回路を高圧装置内で動作させること、を目的としている。
対象とする高温超伝導体に水素化物超伝導体を掲げた。現在、理論計算によって多くの水素化物において、数多くの水素化物高温超伝導体が提案されているが、100万気圧を超える圧力下での超伝導検出実験が必要である。 今年度は、高圧下電気抵抗測定のための微細電極生成を試み、安定な超高圧発生とその環境下での水素化物合成に好適な条件を探索した。また、超伝導体の高温高圧合成と同時に構造解析を行うことで、水素化の前後の結晶構造変化を、伝導性と同時に計測・解析が可能になった。その結果、200万気圧を超える圧力実験にもちいることができる微細電極の作成が可能になり、水素充填および加熱条件がおおよそ明らかにできた。計算科学及びデータ科学を超高圧実験へ適用させ、既存の候補物質だけでなく、新奇高温超伝導水素化物の探索を行った。これまでに取得した超伝導性に関する各種データをデータベースに集約し、このデータを基に進化的アルゴリズムを使って超伝導性予測器を作成する手法である。様々な水素化物超伝導体における安定構造探査と高温超伝導体の候補を得たが、室温に迫る転移温度の水素化物の提案には至らなかった。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
2: おおむね順調に進展している
理由
超高圧力下の試料の電気抵抗は、微細電極の生成が必要であり、そのダイヤモンドアンビル表面に作成することを計画した。ダイヤモンド表面のエッチングと電極のコーティングを行う装置の導入が遅れたが、200万気圧を超える圧力実験にもちいることができる電極作成が可能になった。多元素の水素化物の高温超伝導の探索をのため、これまでに取得した超伝導性に関する各種データをデータベースに集約し、進化的アルゴリズムを使った探索が進めることができた。水素化物合成のその場結晶構造解析を行い、高温超伝導水素化物の候補物質が合成検証体制が整った。既存の高温超伝導体材料（Bi系高温超伝導体）もちいたジョセフソンデバイスの作成には至っていない。
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| 今後の研究の推進方策 |
清水は引き続き微細電極の生成、アンビル形状の高度化などによって、安定な超高圧発生と測定環境を整えて、水素化物合成を進める。特に、原料元素への軽元素を中心とした他元素のドーピングや置換効果に注力して実験を遂行する。石河は、引き続き候補物質の理論的探索を進めるが、上記の軽元素置換による超伝導転移温度の上昇だけでなく、合成圧力の低圧力化の可能性に取り組む。河口は、清水および後述の高野の水素化物合成のその場結晶構造解析を行う。高野は、ダイヤモンドアンビルへ面上への加熱電極や温度計の作成によって、高機能な水素化物合成環境の構築を目指す。同時に、圧力下で動作する超伝導デバイスの作成に取り組む。圧力下ジョセフソンデバイスをその候補とする。
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