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2011 年度 実績報告書

銅酸化物高温超伝導体で新たに発見した80K超伝導相についての物性研究

研究課題

研究課題/領域番号 22540362
研究機関筑波大学

研究代表者

吉崎 亮造  筑波大学, 数理物質系, 名誉教授 (70011137)

研究分担者 門脇 和男  筑波大学, 数理物質系, 教授 (00272170)
池田 博  筑波大学, 数理物質系, 准教授 (50272167)
キーワード銅酸化物高温超伝導 / Bi-2201相 / Ca-ドーピング / CuO_2面1層系 / 頂点酸素
研究概要

CaをドープしたBi-2201相の超伝導体Bi_<2+x>、Sr_<2-x-y>,Ca_yCuO_<6+δ>の単結晶試料作製を行った。Caのドープ量yおよび過剰Bi量xを変え、溶融帯移動赤外炉を使用して単結晶作製に成功した。組成(x、y)=(0.1,0.6)および(0.15,0A)の単結晶試料についてX線回折によりBi-2201相であることを確認したその試料について超伝導磁化測定および電気抵抗測定を行った。これらの試料はそれぞれにバルク超伝導を示し、超伝導転移温度は零抵抗温度で86.5Kおよび76.1Kであった。これらの超伝導温度はLaをドープしたBi-2201相単結晶の零抵抗転移温度、38Kより2倍以上高い。また、CaをドープしたBi-2201相の焼結体試料におけるPopovic達の先行研究結果、零抵抗温度50Kよりはるかに高い値である。
CaをドープしたBi-2201相結晶の超伝導転移温度が高い理由について考察した。一つは、Laドープでは3価のイオンが2価のSrイオンと置換しており、電荷の不斉が生じている。これに比べCaはSrと同じ2価であり、電荷不斉ははるかに少ないと考えられる。またBi-2201相自身の超伝導転移温度が14Kと低いのは過剰Biの量が15%を超えており、このBiイオンが3価としてSrイオンサイトに入るためであると考えられる。
もう一つの理由はペロヴスカイト1層系の酸素8面体の頂点酸素のCuO_2面からの距離d_Aが他のBi系に比べ長いためであると考えられる。実際榊原達の理論計算の結果と良い一致を示している。
ペロヴスカイト1層系は銅酸化物超伝導体の基本であると考えられている。この系についてこれまでのいろいろ超伝導体の実験結果をまとめると超伝導転移温度はd_Aにほぼ比例していることを示すことができた。これらの結果は銅酸化物高温超電導体の発現機構の解明に迫るものであると考えている。

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

単結晶試料についてX線回折、磁化測定、抵抗測定を行うことができた。単結晶構造解析に耐えうる良質な試料作製に成功したが、測定装置が東日本大震災の影響を受け、単結晶構造解析は行われていない。

今後の研究の推進方策

単結晶X線回折ばかりでなく、角度変化光電子分光や走査トンネル分光などに耐えうる上質な試料作製を行い、これらの測定を行う。また、Bi-2201相で初めての固有ジョセフソン結合を利用したテラヘルツ波の発振を行う。

  • 研究成果

    (4件)

すべて 2012 2011 その他

すべて 雑誌論文 (1件) (うち査読あり 1件) 学会発表 (3件)

  • [雑誌論文] A new aspect of single-layered cuprate superconductors-90K superconductors for Ca-Doped Bi_2Sr_2CuO_<6+δ> single crystals

    • 著者名/発表者名
      R.Yoshizaki, T.Yamamoto, H.Ikeda, K.Kadowaki
    • 雑誌名

      Journal of Physics, Conference Series

      巻: (印刷中)

    • 査読あり
  • [学会発表] CaをドープしたBi-2201相単結晶の超伝導物性研究II2012

    • 著者名/発表者名
      吉崎亮造、池田博、門脇和男
    • 学会等名
      日本物理学会第67回年次大会
    • 発表場所
      関西学院大学(西宮市)
    • 年月日
      2012-03-24
  • [学会発表] CaをドープしたBi-2201相単結晶の超伝導物性研究2011

    • 著者名/発表者名
      吉崎亮造、山本卓、池田博、門脇和男、佐々木聡
    • 学会等名
      日本物理学会第66回秋季大会
    • 発表場所
      富山大学(富山市)
    • 年月日
      2011-09-22
  • [学会発表] A new aspect of single-layered cuprate superconductors-90K superconductors for Ca-Doped Bi_2Sr_2CuO_<6+δ> single crystals2011

    • 著者名/発表者名
      R.Yoshizaki, T.Yamamoto, H.Ikeda, K.Kadowaki
    • 学会等名
      26th International Conference on Low Temperature Physics
    • 発表場所
      Beijing, Chaina
    • 年月日
      2011-08-12

URL: 

公開日: 2013-06-26  

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