ペロブスカイト型ビスマス酸化物における電荷秩序と熱伝導と次元性の研究

2001 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 12640332
• Research Institution: Tohoku University
• Principal Investigator: 小池 洋二 東北大学, 大学院・工学研究科, 教授 (70134038)
• Keywords: ビスマス酸化物 / 超伝導 / 電荷秩序 / 次元性 / 結晶構造 / 置換 / キャリア

Research Abstract

三次元ペロブスカイト構造BaBiO_3系で高いTcを出すには、BaBiO_3に高圧をかけることである。高圧下で、単斜晶から立方晶に変化すれば、Bi^<3+>とBi^<5+>の電荷秩序が抑えられ、6s軌道はhalf filledになり、Ba_<0.6>K_<0.4>BiO_3の場合より状態密度が高くなり、Tcは30Kから上昇する可能性がある。そこで、Ba_<1-x>K_xBiO_3に対して高圧下での電気抵抗を測定した。試料は、多結晶BaBiO_3、単結品Ba_<1-x>K_xBiO_3(x=0.2)を用いた。8GPaまでの高圧下で電気抵抗を測定したが、いずれの試料でもいくらかの電気抵抗率の減少は見られたが、超伝導転移は観測できなかった。その原因として、BaBiO_3において、Ba-Oの圧縮率がBi-Oのそれより大きいため、高圧をかけることによって、BiO_6八面体の歪みは増長し、立方晶にならないためであると思われる。単結晶Ba_<1-x>K_xBiO_3において、試料形状を制御することにより異方的加圧を行えば、超伝導化する可能性がある。
また、BaBiO_3系にはホールドープ゜型超伝導体しか発見されていない。そこで、電子ドープ型の超伝導体を探索するため、BaBiO_3において、Ba^<2+>の一部をBi^<3+>で置換したBa^<2+>_<0.6>Bi^<3+>_<0.4>BiO_3の作成を試みた。まず窒素中で焼成することにより、酸素欠損を起こさせ、Biを Baサイトに置換させた。その後、イオンの移動が起こらない低温で酸素アニールを行い、酸素欠損を補充した。X線回折、及び、ICP組成分析の結果、BaサイトにBiが置換されていることがわかった。電気抵抗率測定より、依然として半導体であった。Ba_<1-x>K_xBiO_3では立方晶で超伝導を示していたが、この試料は凝立方晶にもかかわらず超伝導転移を示さなかった。その理由の一つは、酸素欠損のためであろう。もう一つの理由として、BiO_6八面体の傾きのため、short rangeでのBi^<3+>-Bi^<5+>の電荷秩序は依然として存在し、超伝導の発現を抑制していると思われる。

Research Products

• [Publications] I.Nagai, Y.Abe, M.Kato, Y.Koike, M.Kakihana: "Electrochemical Intercalation of Lithium in Layered Niobates AB_2Nb_3O_<10> (A : alkaline metal, B : alkaline earth metal) and Their Superconductivity"Physica C. 357-360. 393-396 (2001)
• [Publications] I.Nagai, M.Kato, Y.Koike, M.Kakihana: "Synthessis and superconducting properties of Li-intercalated niboum oxide Li_xAB_2Nb_3O_<10> (A : alkaline metal, B : alkaline earth metal) by electrochemical tecnique"Solid State Ionics. (in press).