V－VI族半金属化合物の高圧下電子輸送特性の研究

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Bi_2Te_3やSb_2Te_3は優れた熱電変換性能を示す物質として研究が行われている。高圧下物性については、1960年代にいくつかのグループによって、Bi_2Te_3の圧力誘起超伝導が報告された。しかし、実験の静水圧性や精度が不十分であったためか、ゼロ抵抗が観測されていなかった。また、物質の伝導に大きく寄与する構造については現在まで明らかになっていない。我々はこれまでに、Bi_2Te_3の圧力下の伝導と構造について調べ、Bi_2Te_3のゼロ抵抗を確認し、高圧II、III、IV相の存在を明らかにした。さらに、高圧IV相の構造はbcc格子からなる置換型合金構造で説明できることを明らかにした。また、近年、Bi_2Te_3やSb_2Te_3などは三次元トポロジカル絶縁体として注目されており、高圧下物性も大変興味深い。本研究の目的は、Bi_2Te_3をはじめとしたV-VI族半金属化合物の高圧下電子輸送特性の圧力変化を実験・理論的に調べ、圧力下におけるフェルミ面近傍の電子状態を明らかにして圧力誘起超伝導の機構を解明することである。そこで、採用第1年度(当該年度)では、次の3点を行った:1.10GPaの高圧下のホール効果測定装置の立上げ、2.非化学量論組成のBi_2Te_3および化学量論組成のSb_2Te_3の測定試料の作製、3.バンド計算に用いる構造パラメータを得るための、Bi_2Te_3の各高圧相の高圧下の構造決定および解析。3点の研究計画については、それぞれ以下に示す成果を得た。1.一気圧下ホール効果測定システムを構築した。2.仕込み組成でTeが55-69at.%試料を作製した。65at.%試料は一気圧下でホール効果を測定した。また、65、69at.%試料の高圧下電気抵抗測定を行い、超伝導を確認した。65at.%試料はBi_2Te_3に比べて約2GPa低圧で超伝導を示すことを明らかにした。3.Bi_2Te_3について秩序構造を持つ高圧IV相を提案した。また、ごく最近、高圧II、III相は他研究グループにより提案された構造モデルで説明できることを確認した。本研究では各高圧相の構造モデルを用いて、X線回折パターンの解析を行い、各構造パラメータを得た。