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

基本信息

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

项目摘要

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。

在本研究中，我们重点研究层状氧化镍R4Ni3O8（R=La,Pr,Nd,Sm），它具有与铜酸盐高温超导体（HTSC）相同的晶体结构和电子特性。通过彻底模拟HTSC的电子态并比较两者，我们将提取高温超导所需的条件，有助于阐明超导机制和提高转变温度（Tc）。在层状镍氧化物中，最近报道了 (R,Sr)NiO2 和 R6Ni5O12 的超导性，尽管只是在薄膜中。进一步的研究需要寻找相关材料的超导性。我们尝试通过元素替换来调整Pr4Ni3O8和Nd4Ni3O8的载流子量，使Ni-3d电子数接近3d8.85，这是HTSC的最佳掺杂。 ① 继去年之后，我们尝试了Ni位点的元素置换。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。 ② 当用元素替换Ni位点时，最好只用元素替换两个Ni位点之一，以保持作为导电表面的NiO2表面的清洁。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。 ③今年，我们尝试合成了O位点掺杂氟F的新样品。 X射线光电子能谱(XPS)实验的结果证实，O被F取代，Ni的电子态也相应改变。电阻率和金属传导性的降低也已被证实，这表明载流子数量发生了变化，但超导性尚未得到证实。明年，我们将尝试优化样品合成条件，并根据XPS和其他测量结果估计F的掺杂位点。