トポロジカル量子物質の創製と新規量子現象・量子機能素子の研究

2003 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 15204029
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (A)
• Research Institution: Hokkaido University
• Principal Investigator: 丹田 聡 北海道大学, 大学院・工学研究科, 助教授 (80217215)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 畠中 憲之 広島大学, 総合科学部, 教授 (70363009) ; 宇治 進也 物質材料研究機構, ナノマテリアル研究所, 主席研究員 (80344430) ; 浅野 泰寛 北海道大学, 大学院・工学研究科, 助教授 (20271637) ; 松山 豊樹 奈良教育大学, 教育学部, 助教授 (70202330) ; 林 正彦 東北大学, 大学院・情報科学研究科, 助教授 (60301040)
• Keywords: 電荷密度波 / トポロジカル物質 / リング結晶 / 超伝導 / メビウス結晶 / トポロジー / NbSe2 / NbSe3

Research Abstract

NbSe2ナノチューブ、NbSe2ナノファイバー、TaS2ナノチューブの合成に成功した。NbSe2ナノチューブの合成に関しては、化学的気相輸送法をもちいた。特にC60テンプレートを用いることにより径がナノサイズの大きさのものがコントロールよく合成できることを発見した。NbSe2ナノチューブの径は10nmから100nmのサイズであり長さは1μmである。温度コントロール(720℃から800℃)を精密に行うことにより、最初にナノサイズのNbSe3の単結晶を作製し(720℃)その後温度を780℃にしばらく設定しそのNbSe3から脱Se化反応によりNbSe2のナノファイバー、ナノチューブを合成する。その際NbSe3のもつナノファイバー性を利用するいわゆる自己テンプレート型製法を確立した。脱Se化反応においては曲率をもって作製されることがわかっておりその過程においてナノチューブが合成されるというメカニズムを解明した。TaS2ナノチューブに関しては室温にてCDW転移を示していることが透過電子顕微鏡により観測された。CDWに基づく超格子周期の衛星反射の観測がみられ、かなり薄い結晶においてもCDWが存在することが明らかとなった。NbSe2ナノファイバー、ナノチューブに4端子電極をつけ転移温度を測定した。電極に関してはFIBによる電極直接接合法と電子ビーム露光法を用いた。Tcは5.0Kでありバルクで報告されているTc=7.2Kより低い温度で超伝導になることがわかった。これらの結果はいずれも世界初の結果である。(Current Appli. Physics 3 (2003) 473-476に公表)

Research Products

• [Publications] T.Tsuneta: "Formation of Metallic NbSe2 Nanotubes and Nanofibers"Current Applied Physics. 3. 473-476 (2003)
• [Publications] T.Hiroya: "Conductive Oxide Cantilever for Cryogenic Nano-potentiometry"Physics B. 329・333. 1635-1636 (2003)
• [Publications] T.Tsuneta: "New Crystal Topologies and the Charge-Density-Wave in NbSe3"Physics B. 329・333. 1544-1545 (2003)
• [Publications] T.Matsuura: "Structural and Electrical Properties of TaSe3 Ring Crystals"Physics B. 329・333. 1550-1551 (2003)
• [Publications] 常田 琢: "メビウス結晶の生成機構-トポロジカル物質の発見"化学と工業. 56. 991-993 (2003)