超高圧力下の水素の金属化および超伝導研究

超高压下氢金属化与超导研究

基本信息

批准号：
20K05078
负责人：
中本有紀
金额：
$ 2.75万
依托单位：
Osaka University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
财政年份：
2020
资助国家：
日本
起止时间：
2020-04-01 至 2024-03-31
项目状态：
已结题

来源：
https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-20K05078/
关键词：
水素高圧力金属化超伝導高圧相転移

项目摘要

最もシンプルな元素である水素は450万気圧（450 GPa）の超高圧力下で金属化し、さらに室温超伝導を示すとの理論予測があるが、圧力が高く実験的に困難であることから実証には至っていない。これまでに我々が行ってきた超伝導研究からアルカリ土類金属のカルシウムが200 GPaを超える高い圧力下で元素の中で最も高いTcを示すことを報告してきた。また本課題「超高圧力下の水素の金属化および超伝導研究」の実験を遂行するに必要な圧力発生技術開発として、400 GPaを超える超高圧発生に成功した。開発したトロイダル型ダイヤモンドアンビルセルを用いることで、最終のターゲットとして水素について400 GPaを超えた未踏の超高密度生成とその物性測定に挑戦する。①超高圧条件下での水素の結晶構造転移の検証。②超高圧下での電気伝導度測定により水素の金属転移現象および室温超伝導の実験的検証。これら2点を主要な目的とし、クリーンなエネルギーを目指した常温常圧下の超伝導体の材料設計に展開したい。400 GPaを超える超高圧下で電気抵抗測定を可能にするための条件出しとして、数μmサイズの試料に電極や絶縁層などの配置を試みた。①アンビルキュレット面のイオンエッチング、タングステンコーティングなど水素の侵入を防ぐための表面処理 ②絶縁材料（CaSO4, ｃBN,Al2O3など）の選定や絶縁層厚みや形状の最適化 ③蒸着電極のほか、電気伝導性の高いボロンドープドダイヤモンドなど電極作製法の決定 ④水素封入法について検討トロイダル型アンビルへの電極の挿入、そして水素封入は初めての試みであったが、ラマン測定から水素の封入に成功したことが明らかになった。しかしながら水素の圧縮率が高いことから試料穴や電極が大きく変形するなどして電気抵抗測定はできていない。また封入後の加圧に伴う圧力発生装置の問題点などを明らかにしその改良に務めた。

最简单的元素是在450万ATM（450 GPA）的超高压力下进行金属化的，并且可以进一步预测具有室温超导性，但是由于压力很高，并且在实验上很难，因此未被证明。从到目前为止进行的超导性研究中，我们报道说，碱土金属中的钙在高于200 GPA的高压下表现出元素的最高TC。此外，作为进行压力生成技术的发展，需要进行“在超高压力和超导性研究下氢的金属化”实验，我们成功地产生了超过400 GPA的超高压。通过使用开发的环形钻石砧细胞，最终目标将用于创建超过400 GPA的未开发的超高氢密度，并测量其物理特性。 1）在超高压力条件下验证氢的晶体结构过渡。 ②通过测量超高压力下的电导率，对氢和室温超导的金属过渡现象的实验验证。有了这两个主要目标，我们想在正常温度和压力下开发超导体的材料设计，以旨在清洁能量。为了确定在超过400 GPA的超高压下实现电阻测量的条件，我们试图在大小为几μm的样品上排列电极并绝缘层。 1。防止氢进入的表面处理，例如砧螺旋表面的离子蚀刻和钨涂层2。选择绝缘材料（Caso4，CBN，Al2O3等），并优化了第3层绝缘材料的厚度和形状。确定电极制备方法，包括电极的电极制剂，以及透水型孔元素的考虑。封装这是将电极插入环形砧和氢气的首次尝试，但是拉曼测量结果表明，氢已成功封装。但是，由于高氢可压缩性，样品孔和电极被显着变形，并且尚未进行电阻测量。此外，在揭示密封后压力引起的压力发生器的问题并进行了改进。