T型(電子型)銅酸化物の単結晶育成と超伝導化にチャレンジ

生长T型（电子型）氧化铜单晶并使其超导的挑战

• 批准号: 15H00285
• 负责人: 佐藤 秀孝
• 金额: $ 0.38万
• 依托单位: Tohoku University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Encouragement of Scientists
• 财政年份: 2015
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2015 至 无数据
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-15H00285/
• 关键词: 電子型; 銅酸化物超伝導; 単結晶

単結晶は、Pr_<1.3-x>La_<0.7>Ce_xCuO_4(x=0, 0.02)の組成で、浮遊帯域溶融(TSFZ)法を用いて育成を行った。原料棒及びソルベントは固相反応法により作製した。後に原料粉末をゴムチューブに入れ長さ150mm、直径7mmに静水圧プレスにて成型し、焼成を行い作製した。単結晶の育成において、ランプの出力、ガス雰囲気、ソルベントの組成などの育成条件は、育成を重ねながら適切なものに絞った。育成条件としは、ソルベント組成を(Pr, La, Ce)_2O_3:CuO=3:7で作製し使用した。育成速度を0.5mm/h, 上棒回転数20rpm、下棒回転数10rpmで行い、育成雰囲気として、空気中およびAr+O_23%ガス雰囲気においてx=0, 0.02の組成での120～130mmの単結晶育成に成功した。また、Ar+O_21%ガス雰囲気においてx=0の組成で育成を試みたが得られていない。今後もAr雰囲気も加えランプ出力等の条件を絞りながら育成を試みていく予定である。得られた単結晶の一部を粉砕し、粉末X線解析を行い単相であることを確認した。T'型銅酸化物は、試料中の過剰酸素を還元アニールにより除去することで超伝導が発現する。得られた単結晶を用いて、最適還元アニール条件を探すために、我々が開発したプロテクトアニール法を用いて温度750℃～850℃で変化させ24h真空中(1x10^<-6>torr)で行い、その後に真空中400℃48h, 96hの低温アニールを行った。その後単結晶をab面にそって切り出しx線解析より格子定数c軸長の見積もりを行った。x=0における還元条件でのc軸長を還元前試料と比較するとプロテクトアニール後の試料では、過剰酸素が除去されたことでc軸長が減少した。また、低温アニールを追加することでc軸長がより減少している。これは、プロテクトアニールによって過剰酸素だけではなく、CuO_2面内の酸素も抜けてしまうと考えられ、低温アニールによって過剰酸素がCuO_2面内の酸素欠損サイトに移動することでc軸長が減少していると考えられる。電気抵抗率の温度依存性ではx=0, 0.02の還元前試料では、両組成とも温度の低下とともにρ_<ab>が上昇する半導体的な振る舞いが見られる。また、x=0においては、プロテクトアニールや低温アニールを施した試料では抵抗率の絶対値が大きく減少しているもの、半導体傾向は変化しないが、x=0.02においては温度の低下とともにρ_<ab>が現象する金属的な振る舞いが見られたが、超伝導の発源には至らなかった。プロテクトアニールと低温アニールの2段階アニールによりx=0.02で電子ドープで金属的振る舞いが見られたことから還元方法を今回、高真空状態で行ったが、低真空状態でも行うなどの検討、工夫することでx=0, 0.02で超伝導化する可能性が高いと考えられる。

使用PR_ <1.3-X> LA__ <0.7> CE_XCUO_4（x = 0，0.02）的浮动区熔化（TSFZ）方法生长单晶。通过固相反应法制备原材料棒和溶剂。然后将原料粉末放在橡胶管中，使用静水压力机长150毫米，直径为7毫米，并凝固以形成粉末。当生长单晶时，将灯输出，气体气氛和溶剂组合物等生长条件缩小到适当的条件，而不是重复生长。生长条件如下：使用（PR，LA，CE）_2O_3：CUO = 3：7并使用。以0.5 mm/h的速度，上杆20 rpm的旋转速度和10 rpm的下杆的旋转速度进行，生长速度在120至130 mm的生长气氛中成功，X = 0，0.02在AR+O_23％的气氛中，生长气氛成功。此外，我们试图在AR+O_21％气体气氛中种植产品，其组成为X = 0，但尚未获得。将来，我们计划通过增加AR气氛和减少灯输出等条件来继续尝试开发产品。获得的一部分单晶是接地的，并进行了粉末X射线分析，以确认这是单相。当样品中的多余氧气通过还原退火去除样品中时，T'-type氧化物表现出超导性。为了找到最佳的减少退火条件，我们使用了我们开发的保护性退火方法来改变温度在750°C至850°C的温度，并在真空中进行24小时（1x10^<-6> TORR），然后在400°C的低温下进行48小时和96小时的空间，用于48小时和96小时，用于48小时和96小时，用于48小时和96小时的空间。然后通过X射线分析沿AB表面切割单晶，并估计晶格常数C轴长。当比较X = 0的还原条件下的C轴长度与预先还原样品进行比较时，由于去除了多余的氧气，在保护退火后样品中的C轴长度减小。此外，通过添加低温退火，进一步降低了C轴长度。这被认为是因为保护性退火不仅会导致过量的氧气被去除，而且还会导致CUO_2平面中的氧气，以及由于低温退化而导致的CUO_2平面中多余的氧气被转移到CUO_2平面的氧气缺陷地点，C轴的长度减小了C轴的长度。在电阻率的温度依赖性中，在x = 0和0.02的预还原样品中，两个组合物都显示出半导体样行为，其中ρ_<ab>随温度下降而增加。此外，在X = 0时，受保护性退火或低温退火的样品中电阻率的绝对值显着降低，尽管半导体趋势并没有变化，但在x = 0.02时，ρ_<ab>的金属行为在ρ_<ab>下，温度下降的源，但是超导管的源未达到。通过两步退火，保护退火和低温退火在X = 0.02处观察到电子掺杂的金属行为，因此这次减少方法是在高真空状态下进行的，但是考虑和发明了金属行为的使用，即使在低真空状态下，也可以认为，它可以使减少方法= 0 = 0 = 0 = 0 = 0 = 0 = 0 = 0 = 0 = 0 = 0 = 0 = 0 = 0 =0。