2013 Fiscal Year Annual Research Report
BiS2伝導層を有する層状超化合物における超伝導機構解明と新奇機能の創出
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25707031
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Grant-in-Aid for Young Scientists (A)
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| Research Institution | Tokyo Metropolitan University |
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Principal Investigator |
水口 佳一 首都大学東京, 理工学研究科, 助教 (50609865)
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| Project Period (FY) |
2013-04-01 – 2016-03-31
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| Keywords | 新超伝導物質 / ＢｉＳ２系超伝導体 / 低温物性測定 / 結晶構造解析 / 元素置換効果 / 高圧合成 |
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| Research Abstract |
本研究は，2012年に研究代表者らが発見した新しい層状超伝導体であるBiS2系超伝導体の超伝導機構解明と高温超伝導化を目指すものである．さらに，超伝導以外の新しい機能性を見出すことも目的の一つとしている．平成25年度の研究では，特に試料の純良化を達成し，良質試料を用いて超伝導特性と結晶構造の相関を見出した．具体的には，LaO1-xFxBiS2，PrO1-xFxBiS2超伝導体は，高圧合成を行うと超伝導転移温度（Tc）が大幅に上昇することがわかり，結晶軸のc軸方向の一軸的な格子収縮により高Tc相が発現することがわかった．一方，化学圧力印加（キャリア数の変化を生じない元素置換）を行うと，元素置換サイトに対応してa軸またはc軸の格子収縮が起こることがわかり，化学圧力印加試料の超伝導特性評価から，c軸方向の格子収縮が超伝導特性と強く相関することを見出した．
超伝導機構解明に向けて，角度分解光電子分光，NMR，圧力下輸送測定，パルス強磁場測定，局所構造解析（EXAFS）を共同研究として展開した．その結果，伝導キャリアの変化は局所的な結晶構造と強く相関し，さらに局所構造変化が超伝導特性や磁性を支配することがわかってきた．また，強磁場下での測定から非常に異方的な上部臨界磁場が見積もられ，これは本物質系の擬一次元性を反映している可能性があり，機構解明への重要な情報である．
BiS2系層状化合物の新機能創出に向け，熱電性能評価を行った．LaO1-xFxBiS2, CeO1-xFxBiS, NdO1-xFxBiS2の多様な試料に対し高温でのゼーベック係数と電気抵抗率測定を行った結果，LaOBiS2が最も高い出力因子を高温で示すことがわかった．また，LaOBiS2は200℃付近で相転移のような電気抵抗率の異常を示すことがわかり，超伝導機構解明に重要な情報が得られると期待できるため，現在高温での結晶構造解析を行っている．
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
多結晶試料の純良化，単結晶試料の育成が可能になり，BiS2系超伝導の本質を支配する具体的な要素を見出せてきている．また，国内外の共同研究により，機構解明に向けた多くの物性情報が得られており，今後，我々の研究チームにおける超伝導機構解明が強く期待されるため．
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| Strategy for Future Research Activity |
引き続き，純良な超伝導試料の合成と詳細な物性測定を行う．平成25年度に多結晶試料を中心に研究した高圧印加効果と元素置換効果に関して単結晶試料を用いて研究する．これにより，超伝導特性と相関するより決定的な結晶構造パラメータが得られる．熱電変換性能向上のため，伝導層の元素置換を進めている．
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| Expenditure Plans for the Next FY Research Funding |
高圧合成装置の納入が年末になってしまい，合成に使用する消耗パーツ（空気中で徐々に劣化する）の購入を少なくし，次年度の購入としたため．また，平成25年度に得られた結果を報告する場として最適なICSM2014国際会議が4月に開催され，研究代表者および研究に従事する指導学生が口頭発表を行うため，外国出張経費とするため．
４月に開催されるICSM2014国際会議の参加旅費および実験消耗品費として使用する．
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[Journal Article] Soft x-ray photoemission study of new BiS2-layered superconductor LaO1-xFxBiS22014
Author(s)
Shinsuke Nagira, Junki Sonoyama, Takanori Wakita, Masanori Sunagawa, Yudai Izumi, Takayuki Muro, Hiroshi Kumigashira, Masaharu Oshima, Keita Deguchi, Hiroyuki Okazaki, Yoshihiko Takano, Osuke Miura, Yoshikazu Mizuguchi, Katsuhiro Suzuki, Hidetomo Usui, Kazuhiko Kuroki, Kozo Okada, Yuji Muraoka, Takayoshi Yokoya
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Journal Title
J. Phys. Soc. Jpn.
Volume: 83
Pages: 033703(1-5)
DOI
Peer Reviewed
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[Journal Article] Observation of isosceles triangular electronic structure around excess iron atoms in Fe1+δTe2013
Author(s)
T. Machida, K. Kogure, T. Kato, H. Nakamura, H. Takeya, T. Mochiku, S. Ooi, Y. Mizuguchi, Y. Takano, K. Hirata, H. Sakata
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Journal Title
Phys. Rev. B
Volume: 87
Pages: 214508（1-6）
DOI
Peer Reviewed
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[Journal Article] s-wave pairing in the optimally-doped LaO0.5F0.5BiS2 superconductor2013
Author(s)
G. Lamura, T. Shiroka, P. Bonfa, S. Sanna, R. De Renzi, C. Baines, H. Luetkens, J. Kajitani, Y. Mizuguchi, O. Miura, K. Deguchi, S. Demura, Y. Takano, M. Putti
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Journal Title
Phys. Rev. B
Volume: 88
Pages: 180509(1-5)
DOI
Peer Reviewed
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[Journal Article] Crystal Structure, Lattice Vibrations, and Superconductivity of LaO1－xFxBiS22013
Author(s)
J. Lee, M. B. Stone, A. Huq, T. Yildrim, G. Ehlers, Y. Mizuguchi, O. Miura, Y. Takano, K. Deguchi, S. Demura, S.-H. Lee
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Journal Title
Phys. Rev. B
Volume: 87
Pages: 205134(1-8)
DOI
Peer Reviewed
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