2013 Fiscal Year Research-status Report
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25810142
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Grant-in-Aid for Young Scientists (B)
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| Research Institution | Keio University |
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Principal Investigator |
山本 崇史 慶應義塾大学, 理工学部, 助教 (40532908)
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| Project Period (FY) |
2013-04-01 – 2016-03-31
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| Keywords | 超伝導 / 表面修飾 / 外場応答性分子 |
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| Research Abstract |
超伝導ダイヤモンドの特性を化学的に制御することを目的として研究を遂行した。具体的には、超伝導を示すホウ素ドープ型ダイヤモンド (BDD) を合成し、その終端構造を水素、および酸素に変化させた場合の超伝導特性を検討した。磁化測定および電気輸送測定を行ったところ、超伝導特性の一つである臨界電流密度に関して、水素終端BDDのほうが酸素終端BDDよりも大きいことが明らかとなり、さらにこの変化は可逆であった。特に、磁化測定から超伝導体積分率を算出したところ、水素終端BDDのほうが酸素終端BDDよりも大きいことがわかり、この変化が臨界電流密度の変化に影響を及ぼしていることが示唆された。以上のように、ホウ素ドープ型ダイヤモンドの超伝導特性は表面に敏感であることを明らかとした。
次に、超伝導を示すホウ素ドープ型ダイヤモンド (BDD) において、その超伝導特性を能動的に制御するために、外場応答性物質との複合化を試みた。ここで、BDD が優れた電極として機能することを利用して、電気化学的手法を取り入れることとした。具体的には、外場応答性物質として、光照射によって可逆に幾何構造が変化するアゾベンゼン化合物を選択した。はじめに、BDD表面に末端アルキン部位を有する化合物を電解還元反応によって固定化し、このアルキン終端BDDに対して、アルキン部位に選択的に環化付加するアジド基を末端に有するアゾベンゼン化合物を反応させた。その結果、アルキン終端化ならびにアゾベンゼン終端化させたBDDにおいても超伝導特性は保持されていることがわかった。さらに、アゾベンゼン終端BDDに対して、紫外光および可視光を交互に照射したところ、アゾベンゼン化合物のフォトクロミズムに伴って、臨界電流密度が可逆的に変化することを見いだした。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
1: Research has progressed more than it was originally planned.
Reason
本研究課題では、超伝導特性を化学的に制御することを目的としている。特に、外場応答性物質とのヘテロ接合界面を形成することによって、基盤物質であるホウ素ドープ型ダイヤモンドの超伝導特性と外場応答性物質の物性を協奏的に作用させることを最終目標としている。
基盤物質であるホウ素ドープ型ダイヤモンド (BDD) の超伝導特性に関して、表面終端を変化させるだけで臨界電流密度が可逆に制御できることを見いだし、学術雑誌 (Physica Status Solidi B, 2013, 250, 1943-1949.) の中表紙として採択された。したがって、本研究課題を遂行・達成する上で最も重要である、「表面に敏感」な特性を有する超伝導物質としてホウ素ドープ型ダイヤモンドを提示することができた。
次に、当初は平成26年度以降の研究計画であった、外場応答性物質とのヘテロ接合界面の形成と超伝導特性の能動的制御に関する検討を行った。具体的には、外場応答性物質として、光照射によって可逆に幾何構造が変化するアゾベンゼン化合物を選択し、電気化学的手法と有機カップリング反応を組み合わせることによってヘテロ接合界面を形成させた。その結果、アゾベンゼン終端BDDに対して、紫外光および可視光を交互に照射したところ、アゾベンゼン化合物のフォトクロミズムに伴って、臨界電流密度が可逆的に変化することを見いだした。詳細なメカニズムは平成26年度の研究で明らかにしてゆく。
以上のように、ホウ素ドープ型ダイヤモンドが表面に敏感な超伝導特性を示すことを学術雑誌に発表し、また外場応答性物質とのヘテロ接合界面形成によって、超伝導特性が能動的に制御できることを見いだしたことから、本研究課題は当初の計画以上に進展していると判断した。
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| Strategy for Future Research Activity |
平成26年度は以下に挙げるようなポイントに関して重点的に研究を遂行する。平成25年度において、超伝導を示すホウ素ドープ型ダイヤモンドとフォトクロミックなアゾベンゼン化合物とのヘテロ接合界面を形成させたところ、アゾベンゼン化合物のフォトクロミズムに伴って臨界電流密度が可逆に変化することを見いだした。
このような臨界電流密度の可逆な光変化に関する詳細なメカニズムを検討してゆく際に、ヘテロ接合界面の電子状態変化に着目し、走査型トンネル分光法を用いることとする。特に、ホウ素ドープ型ダイヤモンドの表面に固定化するアゾベンゼン化合物の分子数を変化させたサンプルを作りわけることによって、界面の電子状態変化を定量的に議論することが可能であると考えている。このとき、本研究課題で提案している、電気化学反応を取り入れた有機カップリング反応を利用することによって、カップリング反応に必要な触媒の生成量を反応に用いる電気量 (通電量) によって制御することができるため、アゾベンゼン化合物を表面に固定化する反応の進行 (収率) を電気化学的に制御できる。したがって、フォトクロミック化合物による物性の光制御において明らかとされてこなかった、フォトクロミック化合物の分子数と物性の変化率に対する相関関係を提示することが可能であると考えている。
また、首尾よく研究を遂行することができた場合、ヘテロ接合界面形成においてアゾベンゼン化合物とは異なる分子を用いることを検討する。具体的には、光照射によって磁気相転移を示す、Co-Feプルシアンブルーを用い、光照射前後でCo-Feプルシアンブルーが発生させる磁場を利用した、ホウ素ドープ型ダイヤモンドの超伝導特性の制御を試みたい。
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| Expenditure Plans for the Next FY Research Funding |
平成25年度は、学術誌への投稿論文の作成 (Physica Status Solidi B, 2013, 250, 1943-1949. に受理) に注力して研究を遂行した。この際は、本研究課題を開始する以前に作製したサンプルを用いて詳細に検討を行ったため、当初の予定より物品費が大きく軽減された。また、投稿論文が受理されるまでは学会発表を控えていたため、これに伴う旅費の支出がなかった。
以上が、当初の計上額よりも支出額が減り、次年度使用額が生じた理由である。
平成26年度の使用計画は次のとおりである。第1に、本研究課題の目的である、「異種物質とのヘテロ界面形成に基づいた超伝導特性の能動的制御」において、外場応答性物質を合成する際の物品費に直接経費の大部分を充てる計画である。併せて、平成25年度に得られた研究成果に関する学会発表を積極的に行うことを検討しており、旅費に関してもある程度の支出を検討している。
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