超高圧力下の水素の金属化および超伝導研究

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最もシンプルな元素である水素は450万気圧（450 GPa）の超高圧力下で金属化し、さらに室温超伝導を示すとの理論予測があるが、圧力が高く実験的に困難であることから実証には至っていない。これまでに我々が行ってきた超伝導研究からアルカリ土類金属のカルシウムが200 GPaを超える高い圧力下で元素の中で最も高いTcを示すことを報告してきた。また本課題「超高圧力下の水素の金属化および超伝導研究」の実験を遂行するに必要な圧力発生技術開発として、400 GPaを超える超高圧発生に成功した。開発したトロイダル型ダイヤモンドアンビルセルを用いることで、最終のターゲットとして水素について400 GPaを超えた未踏の超高密度生成とその物性測定に挑戦する。①超高圧条件下での水素の結晶構造転移の検証。②超高圧下での電気伝導度測定により水素の金属転移現象および室温超伝導の実験的検証。これら2点を主要な目的とし、クリーンなエネルギーを目指した常温常圧下の超伝導体の材料設計に展開したい。400 GPaを超える超高圧下で電気抵抗測定を可能にするための条件出しとして、数μmサイズの試料に電極や絶縁層などの配置を試みた。①アンビルキュレット面のイオンエッチング、タングステンコーティングなど水素の侵入を防ぐための表面処理 ②絶縁材料（CaSO4, ｃBN,Al2O3など）の選定や絶縁層厚みや形状の最適化 ③蒸着電極のほか、電気伝導性の高いボロンドープドダイヤモンドなど電極作製法の決定 ④水素封入法について検討トロイダル型アンビルへの電極の挿入、そして水素封入は初めての試みであったが、ラマン測定から水素の封入に成功したことが明らかになった。しかしながら水素の圧縮率が高いことから試料穴や電極が大きく変形するなどして電気抵抗測定はできていない。また封入後の加圧に伴う圧力発生装置の問題点などを明らかにしその改良に務めた。