新しい炭素ネットワーク物質の高圧合成による高温超伝導探索

通过高压合成新型碳网络材料寻找高温超导性

• 批准号: 22K03506
• 负责人: 中野 岳仁
• 金额: $ 2.66万
• 依托单位: Ibaraki University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• 财政年份: 2022
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2022-04-01 至 2025-03-31
• 项目状态: 未结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-22K03506/
• 关键词: 高圧合成; 炭素; 超伝導

本研究では，高圧合成法により新しい炭素系ネットワーク物質を合成し，キャリア数制御法も開発して，常圧下で存在可能な100 K級の超伝導体を開発することを目的としている．まず固体フラーレンC60に対して，所属機関所有のマルチアンビル型高圧発生装置を用い，高圧高温処理を行った．15 GPa，550度で処理した試料は，X線粉末回折から面心立方構造の結晶であり，格子定数が出発物質よりも大幅に減少していることが分かった．また赤外顕微分光から元のC60固有の分子振動モードが消失していることも分かった．C60分子が重合した３次元ネットワーク物質が合成されていると考えられる．これは既報研究の一部分を再現する結果であり，分子振動モードの消失は新たに得られた知見である．高圧重合後の試料にキャリアドープを行うことは困難であるため，あらかじめアルカリ金属ドープしたC60に対して高圧高温処理を行った．その準備として極めて嫌気性の物質を密封して高圧高温処理を施す方法を独自に実現した．大型放射光施設SPring-8 BL04B1において高温高圧下でのX線粉末回折の「その場観察」実験をNaxC60 (x = 1~3)，K3C60とRbC60に対して0 ~ 16.5 GPa，室温 ~ 800度の範囲で実施し，新結晶相の探索を行った．その結果，NaxC60とK3C60では15 GPa, 600 ~ 700度において新たな結晶相の存在を見いだした．しかし，圧力を下げながら測定を行ったところ，これらの新結晶相は常圧下では安定に存在できないことが分かった．そのため，試料を取り出しての物性評価はできていない．

在本研究中，我们的目标是采用高压合成方法合成新型碳基网络材料，开发载流子数控制方法，并开发可在常压下存在的100 K级超导体。首先，利用我所拥有的多砧式高压发生器对固体富勒烯C60进行高压高温处理。通过X射线粉末衍射发现在15 GPa和550度下处理的样品具有面心立方晶体结构，并且与起始材料相比晶格常数显着降低。红外显微光谱还显示，C60特有的原始分子振动模式已经消失。人们认为三维网络材料是通过聚合C60分子合成的。这一结果部分重现了之前发表的研究，分子振动模式的消失是一个新发现。由于高压聚合后的样品难以进行载流子掺杂，因此对预先掺杂碱金属的C60进行高压高温处理。为此，我们开发了一种独特的方法来密封极厌氧物质并对其进行高压高温处理。在大型同步辐射装置SPring-8 BL04B1上，我们对NaxC60（x=1~3）、K3C60和RbC60在0~16.5℃下进行高温高压条件下X射线粉末衍射“原位观察”实验GPa和室温~800度范围内进行实验，寻找新的晶相。结果，我们发现在15 GPa和600至700度的NaxC60和K3C60中存在新的结晶相。然而，当在降低压力的同时进行测量时，发现这些新晶相在常压下不能稳定存在。因此，不可能取出样品并评估其物理性质。