Mechanism of high-temperature superconductivity and development of new superconducting materials to be verified by thoroughly mimicking high-temperature superconducting cuprates

点击翻译按钮获取中文摘要

本研究では銅酸化物高温超伝導体(HTSC)と同じ結晶構造・電子的特徴を持つ層状Ni酸化物R4Ni3O8(R=La,Pr,Nd,Sm)に着目する。HTSCの電子状態を徹底的に模倣して両者を比較することで、高温超伝導発現に必要な条件を抽出し、超伝導機構解明と転移温度(Tc)向上に寄与する。層状Ni酸化物では近年、薄膜のみであるが(R,Sr)NiO2およびR6Ni5O12における超伝導が報告された。更なる研究のために類縁物質における超伝導探索が必要である。Pr4Ni3O8およびNd4Ni3O8に対して、元素置換によりキャリア量調節を行い、Ni-3d電子数をHTSCにおける最適ドープである3d8.85に近づけることを試みた。①昨年度に引き続きNiサイトへの元素置換を試みた。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。②Ni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。③本年度は新たにOサイトにフッ素Fをドープした試料の合成を試みた。X線光電子分光(XPS)実験の結果、OがFに置換されており、これに伴うNiの電子状態変化も確認された。電気抵抗率の減少と金属伝導も確認されており、キャリア量の変化が示唆されるが、超伝導は確認されていない。次年度は試料合成条件の最適化を試みるほか、ドープされたFのサイト推定をXPSなどの結果から行う。