V－VI族半金属化合物の高圧下電子輸送特性の研究

V-VI族类金属化合物高压电子输运性能研究

基本信息

批准号：
12J07890
负责人：
榮永茉利
金额：
$ 0.58万
依托单位：
Niigata University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2012
资助国家：
日本
起止时间：
2012 至 2013
项目状态：
已结题

项目摘要

Bi_2Te_3やSb_2Te_3は優れた熱電変換性能を示す物質として研究が行われている。高圧下物性については、1960年代にいくつかのグループによって、Bi_2Te_3の圧力誘起超伝導が報告された。しかし、実験の静水圧性や精度が不十分であったためか、ゼロ抵抗が観測されていなかった。また、物質の伝導に大きく寄与する構造については現在まで明らかになっていない。我々はこれまでに、Bi_2Te_3の圧力下の伝導と構造について調べ、Bi_2Te_3のゼロ抵抗を確認し、高圧II、III、IV相の存在を明らかにした。さらに、高圧IV相の構造はbcc格子からなる置換型合金構造で説明できることを明らかにした。また、近年、Bi_2Te_3やSb_2Te_3などは三次元トポロジカル絶縁体として注目されており、高圧下物性も大変興味深い。本研究の目的は、Bi_2Te_3をはじめとしたV-VI族半金属化合物の高圧下電子輸送特性の圧力変化を実験・理論的に調べ、圧力下におけるフェルミ面近傍の電子状態を明らかにして圧力誘起超伝導の機構を解明することである。そこで、採用第1年度(当該年度)では、次の3点を行った:1.10GPaの高圧下のホール効果測定装置の立上げ、2.非化学量論組成のBi_2Te_3および化学量論組成のSb_2Te_3の測定試料の作製、3.バンド計算に用いる構造パラメータを得るための、Bi_2Te_3の各高圧相の高圧下の構造決定および解析。3点の研究計画については、それぞれ以下に示す成果を得た。1.一気圧下ホール効果測定システムを構築した。2.仕込み組成でTeが55-69at.%試料を作製した。65at.%試料は一気圧下でホール効果を測定した。また、65、69at.%試料の高圧下電気抵抗測定を行い、超伝導を確認した。65at.%試料はBi_2Te_3に比べて約2GPa低圧で超伝導を示すことを明らかにした。3.Bi_2Te_3について秩序構造を持つ高圧IV相を提案した。また、ごく最近、高圧II、III相は他研究グループにより提案された構造モデルで説明できることを確認した。本研究では各高圧相の構造モデルを用いて、X線回折パターンの解析を行い、各構造パラメータを得た。

Bi_2Te_3和Sb_2Te_3作为表现出优异热电转换性能的材料正在被研究。关于高压下的物理性质，几个小组在 20 世纪 60 年代报道了 Bi_2Te_3 中的压力诱导超导性。然而，没有观察到零阻力，可能是因为实验的静水性能和精度不够。此外，迄今为止，对材料传导有很大贡献的结构尚未阐明。到目前为止，我们已经研究了Bi_2Te_3在压力下的导电和结构，证实了Bi_2Te_3的零电阻，并揭示了高压II、III和IV相的存在。另外，可知高压IV相的结构可以用由bcc晶格构成的置换合金结构来解释。此外，近年来，Bi_2Te_3和Sb_2Te_3作为三维拓扑绝缘体引起了人们的关注，它们在高压下的物理性质也非常有趣。本研究的目的是从实验和理论上研究高压下Bi_2Te_3等V-VI族半金属化合物电子输运性质的变化，阐明压力下费米表面附近的电子态，研究压力诱导的目标目的是阐明超导的机理。因此，在入职第一年（本财年）进行了以下三点工作：2.搭建1.10 GPa高压下的霍尔效应测量装置，2.非化学计量成分的Bi_2Te_3和化学计量成分的Sb_2Te_3 3、对Bi_2Te_3各高压相进行高压下结构测定和分析，得到用于能带计算的结构参数。这三个研究计划均获得了以下结果。 1.搭建了一个大气压下的霍尔效应测量系统。 2.根据装料组成制备含有55-69at.%Te的样品。 65at.% 样品的霍尔效应是在一个大气压下测量的。我们还测量了 65 和 69 at.% 样品在高压下的电阻，并证实了超导性。结果表明，65at.%样品在比Bi_2Te_3低约2GPa的压力下表现出超导性。 3.提出了Bi_2Te_3具有有序结构的高压IV相。此外，我们最近证实，高压第二阶段和第三阶段可以通过其他研究小组提出的结构模型来解释。在本研究中，我们使用每个高压相的结构模型来分析X射线衍射图并获得每个结构参数。