多環縮合パイ電子系超伝導体の研究

2014 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 22244045
• 研究機関: 岡山大学
• 研究代表者: 久保園 芳博 岡山大学, 自然科学研究科, 教授 (80221935)
• 研究期間 (年度): 2010-04-01 – 2015-03-31
• キーワード: 超伝導 / キャリアドーピング / トランジスタ / 圧力効果 / 二次元層状物質 / 有機炭化水素 / 炭素系物質

研究実績の概要

有機炭化水素物質、グラファイトならびに二次元層状物質に対する金属ドーピングによって新規の超伝導体を作製し、その構造ならびに電子的特性を詳細に調べた。有機炭化水素分子であるピセン分子結晶にカリウム金属を挿入して、K3.0piceneを作製した。この物質は、超伝導転移温度(Tc)が14 Kの超伝導体である。この物質に圧力を引加することによって、Tcが単調に増加することを見いだした。1.1 GPaまで印加することにより、Tcは18.2 Kまで増加した。また、作成時に5%であった超伝導体積分率は1 GPaにおいて18.5%まで上昇した。このようなピセン超伝導体のTcの上昇に対して、理論サイドから「圧力によるフェルミ面のトポロジーの変化に伴う現象」との評価がなされている。また、超伝導体積分率の増加は、圧力印加による超伝導相の安定化などを考えることができる。グラファイトに対してCaならびにKを挿入することにより、二元金属挿入超伝導体の作製に成功した。その構造はKC8型構造である。Ca0.6K0.4C8に圧力印加して、Tcの圧力による増加と、3.3 GPa以上での急激な低下を見いだした。これはグラファイト構造から三次元炭素の構造に変化することによる。さらに、FeSe結晶にアンモニア法によって金属原子を挿入して多様な超伝導体を作製することができた。TcはFeSe面間隔の増加に相関しており、圧力を印加すると徐々に低下する。11 GPaで超伝導は観測されなくなるが、さらに圧力を加えると急激に高圧超伝導相が出現し、21 GPaにおいてTcは49 Kに到達する（これはFeSe系の世界最高値）。
有機炭化水素、グラフェンならびにLaOBiS2などの二次元的様相を有する物質にトランジスタ構造を作製し、トランジスタ動作を確認した。これは、電界効果キャリア注入による超伝導を目指した研究である。

現在までの達成度 (段落)

26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

26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] Transistor Application of NewPicene-type Molecules, 2,9-Dialkylated Phenanthro[1,2-b:8,7-b’]dithiophenes (2015)
  • 著者名/発表者名: Yoshihiro Kubozono, Keita Hyodo, Hiroki Mori, Shino Hamao, Hidenori Goto, and Yasushi Nishihara
  • 雑誌名: J. Mater. Chem. 巻: C 3 ページ: 2413-2421
  • DOI: 10.1039/c4tc02413c
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Superconductivity in Aromatic Hydrocarbons (2015)
  • 著者名/発表者名: Yoshihiro Kubozono, Hidenori Goto, Taishi Jabuchi, Takayoshi Yokoya, Takashi Kambe, Yusuke Sakai, Masanari Izumi, Lu Zheng, Shino Hamao, and Huyen L. T. Nguyen, Masafumi Sakata, Tomoko Kagayama, Katsuya Shimizu
  • 雑誌名: Physica C 巻: not defined ページ: in press
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Emergence of Double-Dome Superconductivity in Ammoniated Metal-Doped FeSe (2015)
  • 著者名/発表者名: Masanari Izumi, Lu Zheng, Yusuke Sakai, Hidenori Goto, Masafumi Sakata, Yuki Nakamoto, Huyen L. T. Nguyen, Tomoko Kagayama, Katsuya Shimizu, Shingo Araki, Tatsuo C. Kobayashi, Takashi Kambe, Dachun Gu, Jing Guo, Jing Liu, Yanchun Li, Liling Sun, Kosmas Prassides, and Yoshihiro Kubozono
  • 雑誌名: Scientific Reports 巻: 5 ページ: 9477
  • DOI: 10.1038/srep09477
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Carrier Accumulation in Graphene with Electron Donor/Acceptor Molecules (2015)
  • 著者名/発表者名: Hidehiko Akiyoshi, Hidenori Goto, Eri Uesugi, Ritsuko Eguchi, Yukihiro Yoshida, Gunzi Saito, Yoshihiro Kubozono
  • 雑誌名: Advanced Electronic Materials 巻: not defined ページ: in press
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] 鉄カルコゲナイド物質の華麗な超伝導ー超伝導研究をリードする化学 (2015)
  • 著者名/発表者名: 久保園芳博
  • 雑誌名: 化学 巻: 70 ページ: 64-65
• [雑誌論文] Superconducting phases in (NH3)yMXFeSe1-ZTeZ (M=Li, Na and Ca) (2014)
  • 著者名/発表者名: Yusuke Sakai, Lu Zheng, Masanari Izumi, Kazuya Teranishi, Ritsuko Eguchi, Hidenori Goto, Taiki Onji, Shingo Araki, Tatsuo C. Kobayashi, and Yoshihiro Kubozono
  • 雑誌名: Physical Review 巻: B 89 ページ: 144509
  • DOI: 10.1103/PhysRevB.89.144509
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Transistor application of alkyl-substituted picene (2014)
  • 著者名/発表者名: Hideki Okamoto, Shino Hamao, Hidenori Goto, Yusuke Sakai, Masanari Izumi, Shin Gohda, Yoshihiro Kubozono, Ritsuko Eguchi
  • 雑誌名: Scientific Reports 巻: 4 ページ: 5048
  • DOI: 10.1038/srep05048
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] An expanded phenacene-type molecule, [8]phenacene: synthesis and transistor application (2014)
  • 著者名/発表者名: Hideki Okamoto, Ritsuko Eguchi, Shino Hamao, Hidenori Goto, Kazuma Gotoh, Masanari Izumi, Yutaka Takaguchi, Shin Gohda, Yoshihiro Kubozono
  • 雑誌名: Scientific Reports 巻: 4 ページ: 5330
  • DOI: 10.1038/srep05330
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Transistor Application of Phenacene Molecules and Their Characteristics (2014)
  • 著者名/発表者名: Yoshihiro Kubozono, Xuexia He, Shino Hamao, Kazuya Teranishi, Hidenori Goto, Ritsuko Eguchi, Takashi Kambe, Shin Gohda, and Yasushi Nishihara
  • 雑誌名: Eur. J. Inorg. Chem. 巻: 2014 ページ: 3806-3819
  • DOI: 10.1002/ejic.201402168
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Dynamics of carrier injection in picene thin-film field-effect transistors with an ionic liquid sheet and ionic liquid gel (2014)
  • 著者名/発表者名: Yuya Nagasaki, J.-Hyun Lee, Yoshihiro Kubozono, Takashi Kambe
  • 雑誌名: Org. Electron. 巻: 15 ページ: 3070
  • DOI: doi:10.1016/j.orgel.2014.08.043
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [学会発表] 有機エレクトロニクス・超伝導における局所構造の重要性 (2015)
  • 著者名/発表者名: 久保園芳博
  • 学会等名: 日本物理学会第70回年次大会シンポジウム
  • 発表場所: 東京都 早稲田大学
  • 年月日: 2015-03-21 – 2015-03-24
  • 招待講演
• [学会発表] フェナセン系有機分子を使う高性能トランジスタ (2014)
  • 著者名/発表者名: 久保園芳博
  • 学会等名: 短期研究会「有機固体化学の最前線2014」
  • 発表場所: 松山市 愛媛大学
  • 年月日: 2014-12-11 – 2014-12-11
  • 招待講演
• [学会発表] Pressure-tuned Tc in metal doped hydrocarbon and graphite superconductors (2014)
  • 著者名/発表者名: Yoshihiro Kubzoono
  • 学会等名: Ushimado International Workshop on Physics and Chemistry of Novel Superconductors and Related Materials
  • 発表場所: Ushimado, Okayama-pref., Japan
  • 年月日: 2014-11-08 – 2014-11-10
  • 招待講演
• [学会発表] Superconductivity in metal doped hydrocarbons / graphite , and transistor application of hydrocarbons (2014)
  • 著者名/発表者名: Yoshihiro Kubozono
  • 学会等名: ICSM 2014
  • 発表場所: Turku, Finland
  • 年月日: 2014-06-30 – 2014-07-04
  • 招待講演
• [学会発表] Superconductivity of metal doped FeSeTe and Hydrocarbons (2014)
  • 著者名/発表者名: Yoshihiro Kubozono
  • 学会等名: Seminar in Institute of Physics, Chinese Academy of Science, Beijing, Chin
  • 発表場所: 中国・北京市 中国科学院物理学研究所
  • 年月日: 2014-06-13 – 2014-06-13
  • 招待講演
• [備考] 岡山大学理学部附属界面科学研究施設
  • URL: http://interfa.rlss.okayama-u.ac.jp/publication.html