低温高圧下における結晶構造決定による鉄系超伝導体の圧力効果の解明

2014 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 24340088
• 研究機関: 日本大学
• 研究代表者: 高橋 博樹 日本大学, 文理学部, 教授 (80188044)
• 研究分担者: 中野 智志 独立行政法人物質・材料研究機構, 先端材料プロセスユニット, 主幹研究員 (50343869)
• 研究期間 (年度): 2012-04-01 – 2015-03-31
• キーワード: 高温超伝導 / 鉄系超伝導 / 圧力効果 / 結晶構造解析

研究実績の概要

本研究では、鉄系超伝導体の低温高圧下での結晶構造を精密に測定することにより、結晶構造とTcの関係を明らかにし、超伝導のメカニズム解明に資する基礎データを得ることを目的としている。低温高圧下での結晶構造測定は高エネルギー加速器研究機構の放射光科学研究施設（PF）の高圧X線ビームライン（BL-18C）を利用した。BL-18Cには冷凍能力が十分に大きく、振動の影響を最小限とする高性能の冷凍機を平成25年度に本科研費により導入している。平成26年度は、主に次の点を明らかにした。
(1)ReFeAsO1-xHx (Re = La,Sm)の圧力効果：　酸素サイトの水素置換は、オーバードープ側の約50% (x=0.5)まで合成可能であることが特徴である。LaFeAsO1-xHxのTcはxの変化に対し、低ドープ側と高ドープ側に2つのTcのピークがあり、超伝導の発現機構に差異があることが理論的に指摘されている。Tcの圧力効果測定から、ちょうどピークの中間の谷間に相当するx = 0.18でTcは圧力下で52Kまで上昇することがわかった。Laをベースとする鉄系超伝導体では50Kを超える超伝導は初めてである。本研究では圧力下の結晶構造についても調べ、超伝導の発現条件について実験的に明らかにした。50Kを超えるTcはSmFeAsO1-xHxと同じであり、これらの一連の高圧実験から、LaFeAsO1-xHxとSmFeAsO1-xHxの超伝導についてのTcと結晶構造の関連性を明らかにし、論文として出版した。
(2)スピンラダー鉄族化合物BaFe2S3の圧力効果：鉄原子がはしごのように1次元的に配列したスピンラダー鉄族化合物は低温で磁気秩序を示す物質で、絶縁体である。圧力を加えて電気抵抗を測定したところ、この物質が12GPaで絶縁体―金属転移を示し、15Kで超伝導を示すことがわかった。この転移について詳しく調べるために、高圧下での結晶構造決定を行い、格子定数の圧力効果を求めた。

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。

次年度使用額が生じた理由

26年度が最終年度であるため、記入しない。

次年度使用額の使用計画

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] Superconductivity at 52 K in hydrogen-substituted LaFeAsO1-xHx under high pressure (2015)
  • 著者名/発表者名: H.Takahashi, H.Soeda, M.Nukii, C.Kawashima, T.Nakanishi, S.Iimura, Y.Muraba, S.Matsuishi, H.Hosono
  • 雑誌名: Scientific Reports 巻: 5 ページ: 7829
  • DOI: 10.1038/srep07829
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Correlation between T c and Crystal Structure in S-Doped FeSe Superconductors under Pressure: Studied by X-ray Diffraction of FeSe0. 8S0. 2 at Low Temperatures (2015)
  • 著者名/発表者名: Takahiro Tomita, Hiroki Takahashi, Hiroyuki Takahashi, Hironari Okada, Yoshikazu Mizuguchi, Yoshihiko Takano, Satoshi Nakano, Kazuyuki Matsubayashi, Yoshiya Uwatoko
  • 雑誌名: Journal of the Physical Society of Japan 巻: 84 ページ: 024713
  • DOI: 10.7566/JPSJ.84.024713
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Phase boundaries and molar volumes of high-temperature and high-pressure phase V of LiBH4 (2015)
  • 著者名/発表者名: Hiroshi Yamawakia, Hiroshi Fujihisa, Yoshito Gotoh, Satoshi Nakano
  • 雑誌名: Journal of Physics and Chemistry of Solids 巻: 76 ページ: 40-44
  • DOI: 10.1016/j.jpcs.2014.07.015
  • 査読あり
• [雑誌論文] Structural Analysis of Some High-Pressure Stable and Metastable Phases in Lithium Borohydride LiBH4 (2015)
  • 著者名/発表者名: Satoshi Nakano, Hiroshi Fujihisa, Hiroshi Yamawaki, Takumi Kikegawa
  • 雑誌名: J. Phys. Chem. C 巻: 119 ページ: 3911
  • DOI: 10.1021/jp511065h
  • 査読あり
• [雑誌論文] Time-resolved X-ray diffraction and Raman studies of phase transition mechanisms of methane hydrate (2015)
  • 著者名/発表者名: Hisako Hirai, Hirokazu Kadobayashi, Naohisa Hirao, Yasuo Ohishi, Michika Ohtake, Yoshitaka Yamamoto, Satoshi Nakano
  • 雑誌名: Journal of Chemical Physics 巻: 142 ページ: 024707
  • DOI: 10.1063/1.4905482
  • 査読あり
• [雑誌論文] High-pressure structural study of solid mercury up to 200 GPa (2015)
  • 著者名/発表者名: K Takemura, S Nakano, Y Ohishi, Y Nakamoto, H Fujihisa
  • 雑誌名: Mater. Res. Express 巻: 2 ページ: 016502
  • DOI: 10.1088/2053-1591/2/1/016502
  • 査読あり
• [雑誌論文] Pressure-Induced Enhancement of Superconductivity and Structural Transition in BiS2-Layered LaO1-xFxBiS2 (2014)
  • 著者名/発表者名: T. Tomita, M. Ebata, H. Soeda, H. Takahashi, H. Fujihisa, Y. Gotoh, Y. Mizuguchi, H. Izawa, O.Miura, S. Demura, K. Deguchi, Y. Takano
  • 雑誌名: Journal of the Physical Society of Japan 巻: 83 ページ: 063704
  • DOI: 10.7566/JPSJ.83.063704
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Structure of Intermediate Phase II of LiNH2 under High Pressure (2014)
  • 著者名/発表者名: Hiroshi Yamawaki, Hiroshi Fujihisa, Yoshito Gotoh, Satoshi Nakano
  • 雑誌名: J. Phys. Chem. B 巻: 118 ページ: 9991
  • DOI: 10.1021/jp505133q
  • 査読あり
• [雑誌論文] Simultaneous Pressure-Induced Magnetic and Valence Transitions in Type-I Clathrate Eu8Ga16Ge30 (2014)
  • 著者名/発表者名: Takahiro Onimaru, Satoshi Tsutsui, Masaichiro Mizumaki, Naomi Kawamura, Naoki Ishimatsu, Marcos A. Avila, Shuhei Yamamoto, Haruki Yamane, Koichiro Suekuni, Kazunori Umeo, Tetsuji Kume, Satoshi Nakano, Toshiro Takabatake
  • 雑誌名: Journal of the Physical Society of Japan 巻: 83 ページ: 013701
  • DOI: 10.7566/JPSJ.83.013701
  • 査読あり
• [雑誌論文] Collapse of CuO Double Chains and Suppression of Superconductivity in High-Pressure Phase of YBa2Cu4O8 (2014)
  • 著者名/発表者名: Atsuko Nakayama, Yusuke Onda, Shuhei Yamada, Hiroshi Fujihisa,Masafumi Sakata, Yuki Nakamoto, Katsuya Shimizu, Satoshi Nakano, Ayako Ohmura, Fumihiro Ishikawa, Yuh Yamada
  • 雑誌名: Journal of the Physical Society of Japan 巻: 83 ページ: 093601
  • DOI: 10.7566/JPSJ.83.093601
  • 査読あり
• [雑誌論文] Formation of SiH4 and H2O by the dissolution of quartz in H2 fluid under high pressure and temperature (2014)
  • 著者名/発表者名: Ayako Shinozaki, Hiroyuki Kagi, Naoki Noguchi, Hisako Hirai, Hiroaki Ohfuji, Taku Okada, Satoshi Nakano, Takehiko Yagi
  • 雑誌名: American Meneralogist 巻: 99 ページ: 1265-1269
  • DOI: 10.2138/am.2014.4798
  • 査読あり
• [学会発表] Ba1-xCsxFe2Se3(x=0.25,0.65)の高圧下電気抵抗測定 (2015)
  • 著者名/発表者名: 川島千弦，荒川凌，添田英人，高橋博樹，羽合孝文，平田靖透，大串研也
  • 学会等名: 日本物理学会 第70回年次大会
  • 発表場所: 早稲田大学
  • 年月日: 2015-03-21 – 2015-03-24
• [学会発表] 天然ダイヤモンド原石中の格子欠陥の3次元X線トポグラフ観察 (2015)
  • 著者名/発表者名: 水野薫，森川公彦，中野智志，岡本博之
  • 学会等名: 日本物理学会 第70回年次大会
  • 発表場所: 早稲田大学
  • 年月日: 2015-03-21 – 2015-03-24
• [学会発表] 高温高圧X線回折によるNH3BH3の反応相図 (2015)
  • 著者名/発表者名: 中野智志, 藤久裕司, 山脇浩, 亀卦川卓美
  • 学会等名: 物構研サイエンスフェスタ2014
  • 発表場所: つくば国際会議場
  • 年月日: 2015-03-17 – 2015-03-18
• [学会発表] 銅酸化物超伝導体YBa2Cu4O8の圧力誘起構造相転移 (2015)
  • 著者名/発表者名: 中山敦子、恩田裕介、山田修平、藤久裕司、中野智志、大村彩子、石川文洋、山田裕
  • 学会等名: 物構研サイエンスフェスタ2014
  • 発表場所: つくば国際会議場
  • 年月日: 2015-03-17 – 2015-03-18
• [学会発表] LiNH2の高圧Ⅱ相の構造 (2015)
  • 著者名/発表者名: 山脇浩、 藤久裕司、後藤義人、中野智志
  • 学会等名: 物構研サイエンスフェスタ2014
  • 発表場所: つくば国際会議場
  • 年月日: 2015-03-17 – 2015-03-18
• [学会発表] メタンおよび水素ハイドレートのゲスト配向秩序化相転移」「LH2の高圧Ⅱ相の構造 (2015)
  • 著者名/発表者名: 平井寿子、田中岳彦、香川慎伍、門林宏和、大石泰生、山本佳孝、中野智志、亀卦川卓美
  • 学会等名: 物構研サイエンスフェスタ2014
  • 発表場所: つくば国際会議場
  • 年月日: 2015-03-17 – 2015-03-18
• [学会発表] 梯子形鉄系化合物BaFe2S3に対する圧力効果 (2015)
  • 著者名/発表者名: 川島千弦、杉本旭、添田英人、高橋博樹、松林一幸、上床美也、中野智志、平田靖透、大串研也
  • 学会等名: 物構研サイエンスフェスタ2014
  • 発表場所: つくば国際会議場
  • 年月日: 2015-03-17 – 2015-03-18
• [学会発表] CeT2Al10(T=Ru, Os)の低温・高圧下放射光X線 (2015)
  • 著者名/発表者名: 川村幸裕、林純一、武田圭生、関根ちひろ、西岡孝、中野智志、冨田崇弘、高橋博樹
  • 学会等名: 物構研サイエンスフェスタ2014
  • 発表場所: つくば国際会議場
  • 年月日: 2015-03-17 – 2015-03-18
• [学会発表] High- pressure studies for iron-based ladder-type compound BaFe2S3 (2015)
  • 著者名/発表者名: H.Takahashi, H.Takahashi,, Chizuru Kawashima, Hideto Soeda, Takateru Kawakami, Yasuyuki Hirata, Kenya Ohgushi
  • 学会等名: The 7th Asian Conference on High Pressure Research (ACHPR-7)
  • 発表場所: Bangkok, Thailand
  • 年月日: 2015-01-15 – 2015-01-18
  • 招待講演
• [学会発表] 梯子形鉄系化合物BaFe2S3に対する圧力効果 (2014)
  • 著者名/発表者名: 川島千弦，杉本旭，添田英人，高橋博樹，松林和幸、上床美也、中野智志，平田靖透，大串研也
  • 学会等名: 第55回高圧討論会
  • 発表場所: 徳島大学
  • 年月日: 2014-11-22 – 2014-11-24
• [学会発表] 電子ドープされたREFeAsO(RE=Sm,Gd)に対する圧力効果 (2014)
  • 著者名/発表者名: 貫井無我，添田英人，高橋博樹，飯村壮史，松石聡，細野秀雄，神原陽一，的場正憲，櫻井信
  • 学会等名: 第55回高圧討論会
  • 発表場所: 徳島大学
  • 年月日: 2014-11-22 – 2014-11-24
• [学会発表] NH3BH3の高温高圧反応 (2014)
  • 著者名/発表者名: 中野智志，藤久裕司，山脇浩，亀卦川卓美
  • 学会等名: 第55回高圧討論会
  • 発表場所: 徳島大学
  • 年月日: 2014-11-22 – 2014-11-24
• [学会発表] 固体水素Ⅲ相の構造と物性研究 (2014)
  • 著者名/発表者名: 水木悠斗，平尾直久，大石泰生，中野智志，赤浜裕一
  • 学会等名: 第55回高圧討論会
  • 発表場所: 徳島大学
  • 年月日: 2014-11-22 – 2014-11-24
• [学会発表] 黒リン超薄膜：フォスファレンの高圧ラマン分光 (2014)
  • 著者名/発表者名: 赤浜裕一，藤本勇輝，中野智志
  • 学会等名: 第55回高圧討論会
  • 発表場所: 徳島大学
  • 年月日: 2014-11-22 – 2014-11-24
• [学会発表] 高圧下におけるCu0.25Bi2(TexSe1-x)3の構造と物性 (2014)
  • 著者名/発表者名: 大村彩子，松澤理子，石川文洋，鈴木悠介，小松雅，中野智志，中山敦子，山田裕，柏木隆成，門脇和男
  • 学会等名: 第55回高圧討論会
  • 発表場所: 徳島大学
  • 年月日: 2014-11-22 – 2014-11-24
• [学会発表] 低温高圧下におけるメタンハイドレートの物性変化 (2014)
  • 著者名/発表者名: 田中岳彦，平井寿子，松岡岳洋，大石泰生，八木健彦，大竹道香，山本佳隆，中野智志
  • 学会等名: 第55回高圧討論会
  • 発表場所: 徳島大学
  • 年月日: 2014-11-22 – 2014-11-24
• [学会発表] 高圧下における六方晶窒化ホウ素の構造相転移－粉末と単結晶の違い (2014)
  • 著者名/発表者名: 三平翔平，中山敦子，谷口尚，渡邊賢司，中野智志，石川文洋，大村彩子，山田裕
  • 学会等名: 第55回高圧討論会
  • 発表場所: 徳島大学
  • 年月日: 2014-11-22 – 2014-11-24
• [学会発表] 分光学的測定を用いたケイ酸塩鉱物が水素流体へと溶け込む反応の評価 (2014)
  • 著者名/発表者名: 篠崎彩子，藤本千賀子，岡田卓，中野智志，鍵裕之
  • 学会等名: 第55回高圧討論会
  • 発表場所: 徳島大学
  • 年月日: 2014-11-22 – 2014-11-24
• [学会発表] 六方晶窒化ホウ素の水素中での加圧と圧力誘起構造相転移 (2014)
  • 著者名/発表者名: 中山敦子，田口翔太，三平翔平，中野智志，谷口尚，大村彩子，石川文洋，山田裕
  • 学会等名: 第55回高圧討論会
  • 発表場所: 徳島大学
  • 年月日: 2014-11-22 – 2014-11-24
• [学会発表] 水素流体がケイ酸塩鉱物の化学組成に与える影響 (2014)
  • 著者名/発表者名: 篠崎彩子、鍵裕之、平井寿子, 大藤弘明, 岡田卓, 中野智志, 八木健彦
  • 学会等名: 2014年度日本地球化学会年会
  • 発表場所: 富山大学五福キャンパス
  • 年月日: 2014-09-16 – 2014-09-18
• [学会発表] 電子ドープされたREFeAsO(RE=Sm,Gd)に対する圧力効果 (2014)
  • 著者名/発表者名: 貫井無我，添田英人，高橋博樹，飯村壮史，松石聡，細野秀雄，神原陽一，的場正憲，櫻井信
  • 学会等名: 日本物理学会 2014年秋季大会
  • 発表場所: 中部大学
  • 年月日: 2014-09-07 – 2014-09-10
• [学会発表] 梯子型鉄系化合物BaFe2S3に対する圧力効果 (2014)
  • 著者名/発表者名: 川島千弦，杉本旭，添田英人，高橋博樹，松林和幸，上床美也，平田靖透，大串研也
  • 学会等名: 日本物理学会 2014年秋季大会
  • 発表場所: 中部大学
  • 年月日: 2014-09-07 – 2014-09-10
• [学会発表] LaO1-xFxBiS2における高圧下の超伝導と結晶構造 (2014)
  • 著者名/発表者名: 冨田崇弘，高橋博樹，藤久裕司，後藤義人，水口佳一，高野義彦
  • 学会等名: 日本物理学会 2014年秋季大会
  • 発表場所: 中部大学
  • 年月日: 2014-09-07 – 2014-09-10
• [学会発表] 固体水素高圧相：Ⅲ相のラマン分光 (2014)
  • 著者名/発表者名: 水木悠斗，赤浜裕一，中野智志，平尾直久，大石泰生
  • 学会等名: 日本物理学会 2014年秋季大会
  • 発表場所: 中部大学
  • 年月日: 2014-09-07 – 2014-09-10
• [学会発表] 黒リン薄膜：フォスファレンの高圧ラマン分光 (2014)
  • 著者名/発表者名: 赤浜裕一，藤本勇輝，中野智志
  • 学会等名: 日本物理学会 2014年秋季大会
  • 発表場所: 中部大学
  • 年月日: 2014-09-07 – 2014-09-10
• [学会発表] High- pressure studies for iron-based spin-ladder compound BaFe2S3 (2014)
  • 著者名/発表者名: Hiroki.Takahashi, Akira Sugimoto, Chizuru Kawashima, Hideto Soeda, Takateru Kawakami, Kenya Ohgushi2, Fei Du, Yasuyuki Hirata, Yutaka Ueda, Tatsu Sasaki, Kazuyuki Matsubayashi, Yoshiya Uwatoko
  • 学会等名: The International Conference on "Quantum in Complex Matter"
  • 発表場所: Erice, Italy
  • 年月日: 2014-07-25 – 2014-07-30
  • 招待講演
• [備考] 日本大学文理学部物理学科高橋研究室
  • URL: http://w3p.phys.chs.nihon-u.ac.jp/~takahashi/index.html