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2023 年度 実績報告書

調節パルスレーザーアニール法による高濃度不純物ドープQカーボン高温超伝導体の開発

研究課題

研究課題/領域番号 21H01624
研究機関岡山大学

研究代表者

村岡 祐治  岡山大学, 異分野基礎科学研究所, 准教授 (10323635)

研究期間 (年度) 2021-04-01 – 2024-03-31
キーワードQカーボン / ホウ素ドープ / 超伝導 / 調節パルスレーザーアニール法 / アモルファス炭素膜
研究実績の概要

YAGレーザー(355 nm)システムを用いて、ホウ素ドープQカーボン超伝導体の作製に取り組んだ。試料作製には申請者が開発した調節パルスレーザーアニール(PLA)法を用いた。この方法ではPLA時における超過冷却および超急冷を原料膜内のsp3量の(熱伝導)と照射レーザーのエネルギー密度の組み合わせにより調節できる。本研究ではサファイア基板上にパルスレーザー堆積法により作製したsp3量50%-70%のホウ素/炭素膜(ホウ素量は10%-20%)に対して、パルスレーザーをレーザー出力密度0.5-0.8 J/cm2の範囲で1パルス照射して、ホウ素ドープQカーボンの作製を試みた。その結果、PLAによって、室温における膜の電気抵抗率は3桁近く減少した。PLA後の膜について電気抵抗率の温度依存性を調べると、40 K付近から電気抵抗率が減少する様子が見られ、また、帯磁率の温度依存性からは、40 K付近から磁化の減少が観測された。超伝導の発現を示唆する結果を得た。放射光光電子分光により電子状態を調べると、PLA後の膜ではホウ素が炭素を置換し、また、フェルミ準位上に状態が出現していることが分かった。PLAによりホウ素がドープされ、その結果金属化している。第一原理分子動力学計算からは、アモルファス炭素にホウ素ドープを行うと、ホウ素はアクセプターとして働き、系はp型半導体としてふるまうことが分かった。この結果は高濃度ホウ素ドープが金属化への指針であることを示しており、実験結果は計算による指針の正しさを実証したものとなっている。本研究から、高濃度ホウ素ドープQカーボン超伝導体の実現は可能であることがわかった。このことは、アモルファス炭素の高温超伝導実現に向けた重要な出発点を与える。また、本研究はまた、調節PLA法が非平衡プロセスの制御およびホウ素ドープQカーボン超伝導体の作製に有効であることも示した。

現在までの達成度 (段落)

令和5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5年度が最終年度であるため、記入しない。

  • 研究成果

    (13件)

すべて 2024 2023 その他

すべて 雑誌論文 (5件) (うち査読あり 5件) 学会発表 (7件) (うち国際学会 2件) 備考 (1件)

  • [雑誌論文] First-principles molecular dynamics simulations for the properties of boron-doped tetrahedral amorphous carbon2024

    • 著者名/発表者名
      Yue Qiang、Yokoya Takayoshi、Muraoka Yuji
    • 雑誌名

      Diamond and Related Materials

      巻: 143 ページ: 110894~110894

    • DOI

      10.1016/j.diamond.2024.110894

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Self-organized vertical multilayer structures in spinodally decomposed TiO2-VO2 films on glass substrates2023

    • 著者名/発表者名
      Muraoka Yuji、Takeda Kazutada、Takemoto Yoshito、Wakita Takanori、Yokoya Takayoshi
    • 雑誌名

      Thin Solid Films

      巻: 769 ページ: 139749~139749

    • DOI

      10.1016/j.tsf.2023.139749

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Molecular dynamics simulation of deposition of amorphous carbon films on sapphire surfaces2023

    • 著者名/発表者名
      Yue Qiang、Yokoya Takayoshi、Muraoka Yuji
    • 雑誌名

      Diamond and Related Materials

      巻: 140 ページ: 110514~110514

    • DOI

      10.1016/j.diamond.2023.110514

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Photoelectron holographic evidence for the incorporation site of Se and suppressed atomic displacement of the conducting layer of La(O,F)BiSSe2023

    • 著者名/発表者名
      Li YaJun、Sun ZeXu、Kataoka Noriyuki、Setoguchi Taro、Hashimoto Yusuke、Takeuchi Soichiro、Koga Shunjo、Hoshi Kazuhisa、Mizuguchi Yoshikazu、Matsushita Tomohiro、Wakita Takanori、Muraoka Yuji、Yokoya Takayoshi
    • 雑誌名

      Japanese Journal of Applied Physics

      巻: 62 ページ: 125001~125001

    • DOI

      10.35848/1347-4065/ad079b

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Modulation of insulator metal transition of VO? films grown on Al2O3 (001) and TiO2 (001) substrates by the crystallization of capping Ge2Sb2Te5 layer2023

    • 著者名/発表者名
      Ohnuki Takuto、Okimura Kunio、Nakamoto Reki、Muraoka Yuji、Sakai Joe、Kuwahara Masashi
    • 雑誌名

      Journal of Applied Physics

      巻: 134 ページ: 245302~245302

    • DOI

      10.1063/5.0176810

    • 査読あり
  • [学会発表] XPS study on the boron-doped amorphous carbon films2024

    • 著者名/発表者名
      Yuji Muraoka, Kota Matsuo, Takanori Wakita and Takayoshi Yokoya
    • 学会等名
      The 28th Hiroshima International Symposium on Synchrotron Radiation
    • 国際学会
  • [学会発表] マイカ基板を用いたTiO2-VO2系スピノーダル分解膜の作製2024

    • 著者名/発表者名
      村岡祐治、西川僚馬、脇田高徳、横谷尚睦
    • 学会等名
      第71回応用物理学会春季学術講演会
  • [学会発表] V1-xWxO2/MgF2(001)における面内格子歪2023

    • 著者名/発表者名
      村岡祐治、中原隼人、脇田高徳、横谷尚睦
    • 学会等名
      2023年度 応用物理・物理系学会中国四国支部合同学術講演会
  • [学会発表] サファイア基板上に堆積した非晶質炭素膜内部の結合状態2023

    • 著者名/発表者名
      榎本奨、村岡祐治、岳強、岡崎宏之、脇田高徳、横谷尚睦
    • 学会等名
      2023年度 応用物理・物理系学会中国四国支部合同学術講演会
  • [学会発表] X線光電子分光による非結晶カーボン膜内部の化学結合状態の評価2023

    • 著者名/発表者名
      村岡祐治、榎本奨、岳強、岡崎宏之、脇田高徳、横谷尚睦
    • 学会等名
      第84回応用物理学会秋季学術講演会
  • [学会発表] TiO2(001)基板上のVO2薄膜における成膜条件と格子歪の関係2023

    • 著者名/発表者名
      村岡祐治、中本歴、脇田高徳、横谷尚睦
    • 学会等名
      第84回応用物理学会秋季学術講演会
  • [学会発表] Self-assemble formation of vertical multilayer structures via spinodal decomposition in TiO2-VO2 films on glass substrates2023

    • 著者名/発表者名
      Y. Muraoka, K. Takeda, Y. Takemoto, T. Wakita, and T. Yokoya
    • 学会等名
      MRM2023/IUMRS-ICA2023 Grand Meeting
    • 国際学会
  • [備考] 研究室ホームページ

    • URL

      https:// film.rlss.okayama-u.ac.jp/index.html

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公開日: 2024-12-25  

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