薄膜でのみ出現する新Ni酸化物超伝導のバルク体での実現

实现仅在块体薄膜中出现的新型氧化镍超导性

基本信息

批准号：
21K04638
负责人：
上原政智
金额：
$ 2.58万
依托单位：
Yokohama National University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
财政年份：
2021
资助国家：
日本
起止时间：
2021-04-01 至 2024-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

本研究の目的はPr4Ni3O8及び(Ln,A)NiO2 (Ln=Nd,Pr, A=Sr,Ca)バルク体において高温超伝導を実現する事である。(Ln,A)NiO2は薄膜でのみ超伝導が発現する事が報告されているがバルク体で超伝導を実現できれば研究が飛躍的に進展し高温超伝導体と詳細に比較する事で高温超伝導機構の解明、更なる高Tc化の指針を得る事に大きく寄与する。Pr4Ni3O8超伝導化には適切なキャリア量調整が必要である。2つあるNiサイトの一方のみへの選択的元素置換によるキャリア量調整を試みた。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。Ni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。(Ln,A)NiO2本系が薄膜でしか超伝導を示さない原因として、バルク体ではNiO2面間に余剰酸素が残留しているためと推測している。今年度は(Ln,A)NiO2の組成においてLn＝Pr～Gdまでの一連の物質を合成した。Lnのイオン半径が小さくなるにつれ(Ln,A)NiO2合成に必要な還元アニール温度が低く出来ることが分かった。これは面間の酸素が脱離しやすくなっていると考えられ、Lnのイオン半径の小さい試料では、より残留酸素を除去しやすいことを意味している。次年度以降はこれら試料に対し独自のS処理の手法や合成条件の最適化により超伝導が発現するかを検証していく。

本研究的目的是实现Pr4Ni3O8和(Ln,A)NiO2 (Ln=Nd,Pr,A=Sr,Ca)块体的高温超导性。据报道，(Ln,A)NiO2仅在薄膜中表现出超导性，但如果能够在体中实现超导性，研究将取得巨大进展，与高温超导体的详细比较将导致高温超导性。将极大地有助于阐明传导机制并获得进一步提高 Tc 的指导。要使Pr4Ni3O8超导，需要适当调整载流子量。我们尝试通过选择性地将元素替换到两个 Ni 位点之一来调整载流子的数量。今年，掺杂了Ti和Cr。 KEK-PF 进行的 X 射线吸收精细结构（XAFS）实验结果证实，它们分别以 Ti4+ 和 Cr3+ 的形式存在。电阻是金属性的，但超导性尚未得到证实。明年，我们将继续寻找新的掺杂剂，并通过测量塞贝克系数来检查载流子数量的变化。在Ni位点元素置换中，希望仅用该元素置换两个Ni位点之一以保持作为导电表面的NiO 2 表面清洁。为了验证这一点，我们在 J-PARC 进行了粉末中子衍射 (NPD) 实验。我们目前正在分析从实验中获得的数据。我们推测(Ln,A)NiO2体系仅在薄膜中表现出超导性的原因是块体中NiO2平面之间残留有过量的氧。今年，我们合成了从Ln=Pr到Gd一系列成分为(Ln,A)NiO2的材料。研究发现，随着Ln离子半径变小，合成(Ln,A)NiO2所需的还原退火温度可以降低。这被认为是由于表面之间的氧很容易脱附，这意味着在Ln离子半径小的样品中残留的氧更容易去除。从明年开始，我们将使用我们独特的S处理方法和优化这些样品的合成条件来验证超导是否发生。