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

彻底模仿高温超导铜酸盐验证高温超导机理及新型超导材料开发

• 批准号: 22KJ1397
• 负责人: 宮武 知範
• 金额: $ 1.41万
• 依托单位: Yokohama National University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2023
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2023-03-08 至 2024-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-22KJ1397/
• 关键词: 高温超伝導; ニッケル酸化物; 層状化合物; 新超伝導体; 元素置換

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。

在这项研究中，我们专注于分层的Ni氧化物R4NI3O8（R = LA，PR，ND，SM），该氧化物具有与氧化铜高温超导体（HTSC）相同的晶体结构和电子特性。通过彻底模拟HTSC的电子状态并进行比较，可以提取高温超导性的发展条件，从而有助于阐明超导性机制并改善过渡温度（TC）。近年来，尽管仅存在薄膜，但已经报道了（R，SR）Nio2和R6NI5O12的超导性。为了进一步研究，需要在相关材料中进行超导性搜索。我们试图通过元素取代调整PR4NI3O8和ND4NI3O8的载体量，以使NI-3D电子的数量接近3D8.85，即HTSC中最佳涂料。 1）从去年开始，我们试图用NI站点代替元素。今年，我们掺杂了Ti和Cr。使用KEK-PF进行的X射线吸收细胞（XAFS）实验的结果分别以Ti4+和Cr3+的形式存在。电阻是金属，但尚未确认超导性。明年，我们将继续寻找新的掺杂剂，我们还将通过测量Seebeck的系数来验证载体数量的变化。 ②在更换NI位点元件时，希望仅替换两个NI位点之一，以保持NiO2表面的导电表面清洁。为了验证这一点，使用J-PARC进行了粉末中子衍射（NPD）实验。当前，正在分析从实验获得的数据。 ③这一年，我们试图在O网站上合成用氟F掺杂的样品。 X射线光电子光谱（XPS）实验表明O被F取代，并且还确认了Ni的电子状态的变化。还已经确认了电阻率和金属传导的降低，表明载体量的变化，但尚未确认超导率。除了尝试在明年优化样品合成条件外，我们还将使用诸如XPS之类的结果对掺杂F进行站点估计。

项目成果

Chemical substitution of Ni site and O site in high-Tcsuperconductor candidate R4Ni3O8(R=Pr,Nd)

高温超导体候选R4Ni3O8(R=Pr,Nd)中Ni位点和O位点的化学取代

• 发表时间: 2022
• 作者: Yuki Wako;Satoru Tsukamoto;Tomonori Miyatake;Masatomo Uehara
• 通讯作者: Masatomo Uehara

Synthesis of Sulfur-Intercalated Compound Nd0.8Ca0.2NiO2Sy

• DOI: 10.7566/jpscp.38.011045
• 发表时间: 2023-05
• 期刊: Proceedings of the 29th International Conference on Low Temperature Physics (LT29)
• 作者: Ryo Kirihara;Tomonori Miyatake;Sohei Endo;M. Uehara

高温超伝導候補物質R4Ni3-xMxO8 (R：希土類, M：遷移金属) の合成と物性測定VIII

高温超导候选材料R4Ni3-xMxO8（R：稀土，M：过渡金属）的合成及物性测量八

• 发表时间: 2023
• 作者: 宮武知範;和光勇輝;塚本達;阿部凌大;上原政智
• 通讯作者: 上原政智

X-ray absorption spectroscopic study of layered nickelates Pr4Ni3-xMxO8(M: transition metal) for high-Tcsuperconductor candidate

用于高温超导候选的层状镍酸盐 Pr4Ni3-xMxO8(M: 过渡金属) 的 X 射线吸收光谱研究

• 发表时间: 2022
• 作者: Tomonori Miyatake;Yuki Wako;Satoru Tsukamoto;Masatomo Uehara
• 通讯作者: Masatomo Uehara

Chemical Substitution of Ni-site and O-site in High-Tc Superconductor Candidate (Pr, Nd)4Ni3O8

高温超导候选材料 (Pr, Nd)4Ni3O8 中 Ni 位和 O 位的化学取代

• 发表时间: 2023
• 期刊: JPS Conference Proceedings (accepted)
• 作者: Yuki WAKO;Satoru TSUKAMOTO;Tomonori MIYATAKE;and Masatomo UEHARA
• 通讯作者: and Masatomo UEHARA