スピンによる巨大熱伝導を示す物質の探索と機構の解明

寻找因自旋而表现出巨大热传导的材料并阐明其机理

• 批准号: 17038002
• 负责人: 小池 洋二
• 金额: $ 2.56万
• 依托单位: Tohoku University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research on Priority Areas
• 财政年份: 2005
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2005 至 2006
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-17038002/
• 关键词: 熱伝導; ハルデンギャップ系; 1次元量子スピン系; バリスティック熱輸送; 高温超伝導; インターカレーション; 電気化学法; 溶融塩; スピン梯子格子系; 単結晶育成; 量子スピン系; フローティング・ゾーン法

1.S=1の1次元量子スピン系、すなわち、ハルデンギャップ系であるY_2BaNiO_5のNiを非磁性のMgで部分置換したY_2BaNi_<1-x>Mg_xO_5の大型単結晶を育成し、熱伝導率を測定した。その結果、Y_2BaNiO_5のスピン鎖方向で観測されていたスピンによる大きな熱伝導はxの増加とともに低下した。その熱伝導率から見積もったスピン励起の平均自由行程が、低温で観測される磁化率のキュリー項から見積もったスピン鎖の平均長とほぼ一致することが分かり、この系においてスピンによる熱輸送が低温ではバリスティックになっていると結論した。S=1/2の可積分な1次元量子スピン系ではスピンによる熱輸送がバリスティックになることが理論的に指摘されており、我々はSr_2CuO_3においてそれを実証していたが、本研究により、1次元量子スピン系の熱輸送は、スピン励起のエネルギーバンド幅が広ければS=1の場合でもバリスティックになりうると推察している。2.層状ペロブスカイト型銅オキシハライドSr_2CuO_2I_2に対して電気化学法でLiをインターカレートすることにより、新しい電子ドープ型銅酸化物超伝導体Li_xSr_2CuO_2I_2の合成に成功した。7Kで超伝導を示す相と4.5Kで超伝導を示す相が得られたが、T_cの違いはLi量の違いに因るものと思われる。本研究により、Liインターカレーションが超伝導物質の探索に極めて有力であることが分かった。3.超伝導体Ba_<0.6>K_<0.4>BiO_3の合成は、通常の固相反応法を用いると複雑な過程が必要であるが、KOHの溶融塩を用いて、260℃という低温で、わずか1分の加熱で良質な超伝導体Ba_<0.6>K_<0.4>BiO_3(T_c=28K)の合成に成功した。さらに、溶融塩を用いてBa_<0.6>Rb_<0.4>BiO_3とBa_<1-x>Cs_xBiO_3の低温合成にも成功した。前者のT_cは過去の報告と同じ29Kであったが、後者では超伝導は観測されなかった。酸素欠損が原因であると思われるので、今後、酸素アニールを施すことによって超伝導化をめざす予定である。

1. の S = 1 1 dimensional quantum ス ピ ン, す な わ ち, ハ ル デ ン ギ ャ ッ プ department で あ る Y_2BaNiO_5 の Ni を non-magnetic の Mg で part replacement し た Y_2BaNi_ < 1 - x > Mg_xO_5 の large 単 crystallization を し bred, determination of thermal 伝 conductivity を し た. そ の results, Y_2BaNiO_5 の ス ピ ン lock direction で 観 measuring さ れ て い た ス ピ ン に よ る big き な hot 伝 guide は x の raised plus と と も に low し た. そ の 伝 heat conductivity か ら see product も っ た ス ピ ン wound up the average free path の が, low temperature で 観 measuring さ れ る susceptibility の キ ュ リ ー item か ら see product も っ た ス ピ ン lock の average long と ほ ぼ consistent す る こ と が points か り, こ の is に お い て ス ピ ン に よ る heat transfer が cryogenic で は バ リ ス テ ィ ッ ク に な っ て い る と conclusion し た. S = 1/2 の integral な 1 dimensional quantum ス ピ ン department で は ス ピ ン に よ る heat transfer が バ リ ス テ ィ ッ ク に な る こ と が に criticism of the theory of さ れ て お り, I 々 は Sr_2CuO_3 に お い て そ れ を card be し て い た が, this study に よ り, 1 dimensional quantum ス ピ ン の heat conveying は, ス ピ ン wound up の エ ネ ル ギ ー バ ン ド picture Youdaoplaceholder0 general ければS=1 <s:1> situation で バリスティッ バリスティッ にな うると うると observation て る る る る る 2. Layered ペ ロ ブ ス カ イ ト type copper オ キ シ ハ ラ イ ド Sr_2CuO_2I_2 に し seaborne て 気 chemical method で Li を イ ン タ ー カ レ ー ト す る こ と に よ り, new し い electronic ド ー プ type copper content to exceed 伝 acidification conductor Li_xSr_2CuO_2I_2 の synthetic に successful し た. 7 K で super 伝 guide を と 4.5 K で す phase in super 伝 guide を が have shown す phase ら れ た が, T_c の violations い は Li quantity の violations い に for る も の と think わ れ る. This study に よ り, Li イ ン タ ー カ レ ー シ ョ ン が super 伝 guide material の explore に extremely め て powerful で あ る こ と が points か っ た. 3. Super conductor 伝 Ba_ < 0.6 > K_ < 0.4 > BiO_3 の synthetic は, usually の solid instead を 応 method using い る と complex 雑 が な process necessary で あ る が, KOH の melt salt を with い て, 260 ℃ と い う low-temperature で, わ ず か 1 の heating で good quality な super conductor 伝 Ba_ < 0.6 > K_ < 0.4 > BiO_3 (T_c =28K) に synthesis に success た. さ ら に, melt salt を with い て Ba_ < 0.6 > Rb_ < 0.4 > BiO_3 と Ba_ < 1 - x > Cs_xBiO_3 の low-temperature synthesis に も successful し た. The former <s:1> T_c った past <s:1> reports と the same as じ29Kであったが, and the latter で <s:1> super伝 derivative 観 観 measurements されな った った った. Acid, owe が reasons で あ る と think わ れ る の で element, in the future, acid ア ニ ー ル を shi す こ と に よ っ て super 伝 guide the を め ざ す designated で あ る.

项目成果

Electrochemical synthesis of the perovskite Ba_<1-x>Cs_xBiO_3 from molten salts

熔盐电化学合成钙钛矿Ba_<1-x>Cs_xBiO_3

• 发表时间: 2006
• 期刊: AIP Conference Proceedings 850
• 作者: K.Mibe;T.Fujii;A.Yasuda;S.Ono;Y.Imai
• 通讯作者: Y.Imai

Search for new superconductors by the Li-intercalation into layered perovskites

• DOI: 10.1016/j.physc.2006.03.070
• 发表时间: 2006-10-01
• 期刊: PHYSICA C-SUPERCONDUCTIVITY AND ITS APPLICATIONS
• 影响因子: 1.7
• 作者: Kato, M.;Kajita, T.;Koike, Y.
• 通讯作者: Koike, Y.

Growth of the single crystal BaBiO_3 by the floating-zone method

浮区法生长BaBiO_3单晶

• 发表时间: 2006
• 期刊: AIP Conference Proceedings 850
• 作者: Ito;E;T.Kawamata;K.Koike;Y.Imai
• 通讯作者: Y.Imai

Single-crystal growth of the superconducting Ba_<1-x>K_xBiO_3 by the floating-zone method

浮区法单晶生长超导Ba_<1-x>K_xBiO_3

• 发表时间: 2006
• 期刊: AIP Conference Proceedings 850
• 作者: Ito;E;T.Kawamata;K.Koike;Y.Imai;T.Noji
• 通讯作者: T.Noji

Crystal growth of superconducting La2126 without HIP treatment

未经HIP处理的超导La2126晶体生长

• 发表时间: 2006
• 期刊: AIP Conference Proceedings 850
• 作者: Ito;E;T.Kawamata;K.Koike
• 通讯作者: K.Koike