薄膜でのみ出現する新Ni酸化物超伝導のバルク体での実現

实现仅在块体薄膜中出现的新型氧化镍超导性

• 批准号: 21K04638
• 负责人: 上原 政智
• 金额: $ 2.58万
• 依托单位: Yokohama National University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• 财政年份: 2021
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2021-04-01 至 2024-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-21K04638/
• 关键词: 高温超伝導; Ni酸化物; ドーピング; 層状化合物; 高温超伝導候補物質; 層状Ni酸化物; 超伝導

本研究の目的はPr4Ni3O8及び(Ln,A)NiO2 (Ln=Nd,Pr, A=Sr,Ca)バルク体において高温超伝導を実現する事である。(Ln,A)NiO2は薄膜でのみ超伝導が発現する事が報告されているがバルク体で超伝導を実現できれば研究が飛躍的に進展し高温超伝導体と詳細に比較する事で高温超伝導機構の解明、更なる高Tc化の指針を得る事に大きく寄与する。Pr4Ni3O8超伝導化には適切なキャリア量調整が必要である。2つあるNiサイトの一方のみへの選択的元素置換によるキャリア量調整を試みた。本年度はTi,Crをドープした。KEK-PFにて行ったX線吸収微細構造(XAFS)実験の結果、それぞれTi4+,Cr3+として存在することが確かめられた。電気抵抗は金属的だが超伝導は確認されていない。次年度は引き続き新たなドーパントの探索を行うほか、ゼーベック係数の測定からキャリア量の変化を検証する。Niサイト元素置換では、2つあるNiサイトのうち一方のみを元素置換して、伝導面であるNiO2面をクリーンに保つことが望ましい。これを検証するためにJ-PARCにて粉末中性子回折(NPD)実験を行った。現在は実験で得たデータの解析中である。(Ln,A)NiO2本系が薄膜でしか超伝導を示さない原因として、バルク体ではNiO2面間に余剰酸素が残留しているためと推測している。今年度は(Ln,A)NiO2の組成においてLn＝Pr～Gdまでの一連の物質を合成した。Lnのイオン半径が小さくなるにつれ(Ln,A)NiO2合成に必要な還元アニール温度が低く出来ることが分かった。これは面間の酸素が脱離しやすくなっていると考えられ、Lnのイオン半径の小さい試料では、より残留酸素を除去しやすいことを意味している。次年度以降はこれら試料に対し独自のS処理の手法や合成条件の最適化により超伝導が発現するかを検証していく。

Purpose の this study は Pr4Ni3O8 and び NiO2 Ln, (A) (Ln = Nd, Pr, A = Sr, Ca) バ ル ク body に お い て high temperature super 伝 guide を be presently す る matter で あ る. (Ln, A) NiO2 は film で の み super 伝 guide が 発 now す る matter が report さ れ て い る が バ ル ク body で super 伝 guide を be presently で き れ ば に progress of research が leap し high temperature super conductor 伝 と に detailed comparison す で る things more の uttered, high temperature and ultra 伝 guide な る high Tc の pointer を る matter に grand き く send す る. Pr4Ni3O8 super伝 conductance に に appropriate なキャリア amount adjustment が necessary である. 2 ある あるNiサ ト ト <s:1> one side みへ みへ choose 択 element substitution によるキャリア amount adjustment を try みた. For the current year, た Ti,Crをド をド プ プ た た. KEK the zanu-pf に て line っ た X-ray 収 absorption fine structure (XAFS) be 験 の results, そ れ ぞ れ Ti4 +, Cr3, + と し て exist す る こ と が か indeed め ら れ た. The electrical resistance to the だが super伝 conductivity of だが metals is confirmed to be されて な な な. Annual は lead き 続 き new た な ド ー パ ン ト の exploration line を う ほ か, ゼ ー ベ ッ ク coefficient の か ら キ ャ リ ア quantity の variations change を 検 card す る. Ni サ イ ト element displacement で は, 2 つ あ る Ni サ イ ト の う ち side の み を element displacement し て, 伝 guide face で あ る NiO2 surface を ク リ ー ン に bartender つ こ と が hope ま し い. <s:1> れを検 license するためにJ-PARCにて powder intermediate nature return (NPD) practice を trade った. Now the で experiment で gives たデ タ タ タ in the <s:1> resolution である. NiO2 (Ln, A) the department が film で し か super 伝 guide を shown さ な い reason と し て, バ ル ク body で は NiO2 に between more than turning sour element が residual し て い る た め と speculation し て い る. This year, the にお (Ln,A)NiO2 <e:1> is composed of にお にお てLn = Pr ~ Gdまで <s:1> consecutive <s:1> substances を synthesis にお た. Small radius of Ln の イ オ ン が さ く な る に つ れ NiO2 Ln, (A) synthesis に な yuan also necessary ア ニ ー ル low temperature が く out る こ と が points か っ た. こ れ は の acid element between が from し や す く な っ て い る と exam え ら れ, Ln の イ オ の ン radius small さ い sample で は, よ り を to remove residual acid element し や す い こ と を mean し て い る. Annual in は こ れ ら sample に し の alone S seaborne 処 Richard の gimmick や optimal synthetic conditions の に よ り super 伝 guide が 発 now す る か を 検 card し て い く.

项目成果

Chemical substitution of Ni site and O site in high-Tcsuperconductor candidate R4Ni3O8(R=Pr,Nd)

高温超导体候选R4Ni3O8(R=Pr,Nd)中Ni位点和O位点的化学取代

• 发表时间: 2022
• 作者: Yuki Wako;Satoru Tsukamoto;Tomonori Miyatake;Masatomo Uehara
• 通讯作者: Masatomo Uehara

Attempts to realization of superconductivity in the bulk nickelate Nd0.8Ca0.2NiO2

尝试在块状镍酸盐 Nd0.8Ca0.2NiO2 中实现超导性

• 发表时间: 2022
• 作者: Ryo Kirihara;Tomonori Miyatake;Sohei Endo;Masatomo Uehara
• 通讯作者: Masatomo Uehara

X-ray absorption spectroscopic study of layered nickelates Pr4Ni3-xMxO8(M: transition metal) for high-Tcsuperconductor candidate

用于高温超导候选的层状镍酸盐 Pr4Ni3-xMxO8(M: 过渡金属) 的 X 射线吸收光谱研究

• 发表时间: 2022
• 作者: Tomonori Miyatake;Yuki Wako;Satoru Tsukamoto;Masatomo Uehara
• 通讯作者: Masatomo Uehara

高温超伝導候補物質R4Ni3-xMxO8 (R：希土類, M：遷移金属) の合成と物性測定V

高温超导候选材料R4Ni3-xMxO8（R：稀土，M：过渡金属）V的合成及物性测量

• 发表时间: 2021
• 作者: 宮武知範;塚本達;和光勇輝;梅原出;上原政智
• 通讯作者: 上原政智

Synthesis of Sulfur-Intercalated Compound Nd0.8Ca0.2NiO2Sy

• DOI: 10.7566/jpscp.38.011045
• 发表时间: 2023-05
• 期刊: Proceedings of the 29th International Conference on Low Temperature Physics (LT29)
• 作者: Ryo Kirihara;Tomonori Miyatake;Sohei Endo;M. Uehara