高圧水素中で反応合成したリチウム系化合物での超伝導機能

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本研究では、高圧水素中でLi_xBC(x<1)などの新たなリチウム(Li)系化合物の反応合成を進め、水素ポテンシャル(分圧)の制御により、1)水素の固溶、2)Li水素化物の形成、3)Li水素化物の析出によるLiの部分欠損、および4)Li欠損サイトへの水素の導入、などの多様な水素処理にともなう超伝導特性の発現の有無を明らかにすることを目的とする。まずLi_xBC(x<1)の合成と構造に対する水素の効果を明らかにするために、i)出発原料としてLiHを用いた場合、ii)外場としての水素分圧を変化させた場合、の合成過程を調べた。次に、Liが欠損した試料の電気抵抗率などの物性を測定した。さらに、関連物質としてのLiとホウ素(B)を含む新たな化合物も合成し、その超伝導特性の評価も進めた。得られた成果は以下の通りである。1)LiHを出発原料として用いた場合は、Li_xBC単相試料を得られやすい。これは、LiHの水素解離温度がLi_xBCの合成温度直下であり、他の化合物や酸化物が合成されにくいためである。2)LiHを出発原料として水素分圧を変化させると、低水素分圧で合成した試料においてLiの欠損に起因すると考えられる格子定数cの減少が確認された。合成した試料の一部では、水素貯蔵特性も確認できた。3)Li欠損試料の電気抵抗は半導体的な物性のままであったが、その絶対値とバンドギャップは欠損していない試料に比べて小さく、金属的な伝導特性に近づく。Li欠損量をさらに増加させることにより、Li_xBCでの超伝導特性の発現が期待できる。4)関連物質としてLiとBを含む新しい超伝導物質Li_2Pd_3B(T_c=7K)が発見された。以上の成果は、今後、軽元素を含む新たなリチウム(Li)系超伝導物質および水素貯蔵物質を探索する上できわめて有用な情報となる。