インターカレーションによる高温超伝導体の次元性と高キャリアー濃度領域の研究

插层高温超导体的维数和高载流子浓度区域研究

基本信息

批准号：
05224208
负责人：
小池洋二
金额：
$ 1.79万
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：
1993
资助国家：
日本
起止时间：
1993 至无数据
项目状态：
已结题

来源：
https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-05224208/
关键词：
酸化物高温超伝導体インターカレーション

项目摘要

Bi_2Sr_2CaCu_2O_8にヨウ素をインターカレーションすると、Tcが約15K低下することが知られていたが、その原因は、ヨウ素からCuO_2面への電荷移動によるオーバー・ドーピングの効果と、次元性の変化の効果の両方であることを明らかにした。さらに、ハロゲンのインターカレーションによるBiO-BiO層間の伸びは、ハロゲンの種類(I,Br,IBr)によって異なるが、Tcの低下は、ハロゲンの種類によらず同じであることから、次元性の変化によるTcの低下は、BiO-BiO層間の距離の変化に因るのではなく、BiO-BiO層間の結合の変化に因っていることがわかった。そして、インターカレーションによってc軸方向の電気抵抗の温度変化が金属的になることを考慮すると、インターカレーションによって、BiO-BiO層間の電子的な結合が強くなって、より3次元的になり、Tcの低下を助長していると推論できた。すなわち、Bi系酸化物においては、より2次元的な電子構造が超伝導に有利であることがわかった。Bi_2Sr_2CaCu_2O_8について、ヨウ素をインターカレーションし、そのTcのヨウ素濃度x依存性を詳細に調べた結果、xの小さい領域では、ヨウ素からCuO_2面への電荷移動によるオーバー・ドーピング効果のために、xの増加とともにTcが低下し、xの大きい領域では、何らかの理由でCuO_2面のホール濃度が飽和し、Tcが一定になることがわかった。したがって、オーバー・ドーピングによって超伝導が消失する高キャリアー濃度領域の試料を作ることはできなかった。これは、Biがホールを取って+3価から+5価に変わりやすいためであり、Bi系酸化物の宿命と思われる。

已知在Bi_2Sr_2CaCu_2O_8中插入碘会使Tc降低约15K，但这是由于从碘向CuO_2面的电荷转移引起的过度掺杂的影响以及尺寸变化的影响造成的。此外，由于卤素插入而导致的BiO-BiO层之间的伸长率根据卤素的类型（I、Br、IBr）而不同，但无论卤素的类型如何，Tc的降低都是相同的。由Tc引起的变化并不是由于BiO-BiO层之间的距离的变化，而是由于BiO-BiO层之间的键的变化。考虑到插层导致c轴方向的电阻的温度变化而变成金属性，插层增强了BiO-BiO层之间的电子键并使它们更加三维，可以推断这有助于减少。在 Tc。换句话说，发现更加二维的电子结构有利于Bi基氧化物的超导性。对于Bi_2Sr_2CaCu_2O_8，插入了碘，并详细研究了其Tc对碘浓度x的依赖性，在x较小的区域，由于电荷从碘转移到CuO_2表面的过掺杂效应，发现Tc。随着x的增加而减小，并且在x较大的区域中，CuO_2表面上的空穴浓度由于某种原因变得饱和，并且Tc变得恒定。因此，不可能在因过度掺杂而导致超导性消失的高载流子浓度区域中制作样品。这是因为Bi很容易产生空穴并从+3价变为+5价，这似乎是Bi基氧化物的命运。