| 研究課題/領域番号 |
20K20562
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| 研究機関 | 東京大学 |
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研究代表者 |
渡邉 峻一郎 東京大学, 大学院新領域創成科学研究科, 准教授 (40716718)
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| 研究分担者 |
黒澤 忠法 東京大学, 大学院新領域創成科学研究科, 助教 (30720940)
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| 研究期間 (年度) |
2020-07-30 – 2023-03-31
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| キーワード | 高分子 / 超伝導 / 低温物性 / 化学ドーピング |
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| 研究実績の概要 |
本研究の目的は、パイ共役系高分子において前人未到の超伝導転移を実現することにある。無機凝縮系固体材料における超伝導は100年に渡り固体物理学の主役であり、実験・理論の両側面から精力的に研究されている。様々な高温超伝導体が開発され、超電導リニアや量子アニーラ型コンピュータなどに応用されつつある。実施者は、剛直な共役高分子鎖を自己組織的に配列させたのちに、ドーパント分子を周期的に導入し、室温で金属的な基底状態を有する高分子薄膜を開発した。
研究初年度では、一次元性の共役高分子骨格とキャリアドーパント分子の高密度化を担保するために、共役骨格のねじれが抑制されたチオフェン系高分子PBTTT: poly(2,5-bis(3-alkylthiophen-2-yl)thieno[3,2-b]thiophene)をベンチマーク材料として用いた。また、共役高分子に伝導電子を導入するための化学ドーピングおよび、ドーパント分子の開発を行った。その結果、高分子におけるドーピング量が改善すると同時に、高分子とドーパント分子の複合材料においてドーパント分子が格納される精密な位置評価が可能となった。初年度に導入した光吸収計測装置を用いて系統的にドーピング量の評価も可能となった。
また、無冷媒型クライオスタットおよび超伝導マグネットを用いた低温磁気輸送特性評価も迅速に可能となった。キャリアドーピング量として1高分子ユニットあたり1電荷が実現された高伝導度高分子において、低温電気伝導度計測を実施し、極低温において金属的な電子輸送が実現していることが明らかとなった。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
1: 当初の計画以上に進展している
理由
研究初年度では、概ね予定通り大型装置の導入（分光高度計および小型超伝導マグネット）が完了した。次年度に向けて、材料スクリーニングと低温物性計測を系統的に実施できる。また、新奇なドーパント分子材料の開発や構造評価手法を開発にも成功しており、次年度に主として実施する低温物性実験のための材料選定に目処が立っている。初年度の研究実績は、ハイインパクトなオープンアクセスジャーナルを含む5件の学術論文として出版されており、国内外からも高く評価されたといえる。
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| 今後の研究の推進方策 |
研究二年次には、結晶性高分子およびドーパント分子の材料開発を進めると同時に、低温物性測定を継続して実施する。低温物性測定では、実施者が保有する無冷媒型クライオスタットに加えて、希釈冷凍機を用いた50 mK程度の極低温実験を実施予定であり、極低温で見られる金属相および超伝導相の直接的な観測を行う。高分子鎖の一軸配向制御も実施し、金属相の拡張を目指す。
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