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第 4 章 結論と今後の展望
第4章 結論と今後の展望
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4.1. 本研究のまとめ
4.1.1. NdO1-xFxBiS2の合成条件最適化
① NdO1-xFxBiS2を様々なF濃度と焼成温度で合成したところ、焼成温度700
°C
の時F濃度40%および50%、焼成温度800
°C
の時F濃度50%および60%で良い超伝導特性が得られた。
② NdO1-xFxBiS2のF 濃度を増やしていくと、c 軸長が一軸的に収縮することが分かっ た。その要因は、F濃度が増えるにつれて超伝導層に電子キャリアが供給され、ブ ロック層と超伝導層間の電気的な引力が強まったためであると考えられる。
4.1.2. NdO0.5F0.5BiS2の元素置換効果
① NdO0.5F0.5BiS2のBiをイオン半径の小さいSbで一部置換したところ、電気抵抗率が 絶縁体的になり、超伝導特性が観測されなかった。この超伝導―絶縁体転移はアン ダーソン局在である可能性が高いと考えられる。また、Sb置換によりc軸が一軸的 に収縮することが分かった。
② NdO0.5F0.5Bi(S1-xSex)2のSをイオン半径の大きいSeで一部置換しようと試みたとこ ろ、焼成温度700
°C
でSeを20%まで置換することに成功した。ただし、Se置換に 伴い、超伝導特性は悪くなってしまった。また、僅かにa軸が拡大していることが 分かった。(T. Hiroi et al., J Supercond Nov Magn 28: 1149-1153 (2015))
4.1.3. CeO0.5F0.5BiS2のSe置換効果
① CeO0.5F0.5Bi(S1-xSex)2では、x = 0.2で超伝導転移が観測され始め、x = 0.3で最も高い Tc = 2.7Kを観測した。
② Se置換により電気抵抗率が金属的になることが分かった。
③ SeはCh1サイトに選択的に置換され、それに伴いa軸長が拡大することが分かっ た。
(Y. Mizuguchi, T. Hiroi, O. Miura, J. Phys. Conf. Ser., in printing)
4.1.4. LaO0.5F0.5BiS2のSe置換効果
① LaO0.5F0.5Bi(S1-xSex)2では、x = 0.1でわずかに超伝導特性が悪くなったが、以降はSe 置換量が増えるにつれてTcが高くなり、x = 0.5でTc = 3.8Kを観測した
② Se置換により電気抵抗率が金属的になることが分かった。
③ SeはCh1サイトに選択的に置換され、それに伴いa軸長が拡大することが分かっ た。また、Ch1サイトが埋まるとCh2サイトに置換されそれに伴いc軸長が拡大す ることが分かった。
(T. Hiroi et al., J. Phys. Soc. Jpn. 84, 024723 (2015))
4.1.5. BiS2面内化学圧力と超伝導の相関
① Se 置換の結果から、超伝導の発現には、BiS2面内の化学圧力の上昇による結晶構
第4章 結論と今後の展望
60 造の最適化が重要であることが分かった。
② Se 置換の結果から、BiS2系超伝導体はフォノンを媒介にしたクーパー対形成機構 を有しているが、従来型の電子―格子相互作用とは異なる可能性が高いというこ とが分かった。
(Y. Mizuguchi, A. Miura, J. Kajitani, T. Hiroi et al., Scientific Reports 5, 14968 (2015))
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4.2. 今後の展望
① 本研究では、多結晶体のREO0.5F0.5BiS2の超伝導層元素置換効果を調べた。一方で、
NdO0.5F0.5BiS2や CeO0.5F0.5BiS2の試料では合成時に不純物が生じてしまったため、
超伝導転移が観測されなかったり、上手く構造解析が出来なかったりした。その ため、REO0.5F0.5BiS2の元素置換試料の単結晶を作製することで不純物による影響 を無くし、より緻密な結晶構造と超伝導特性の相関を調べることが重要である。
③ 本研究において、LaO0.5F0.5BiS2及びCeO0.5F0.5BiS2のSe置換においてTcが向上す ることが確認された。REO1-xFxBiS2では高圧合成または高圧アニールすることで結 晶構造が正方晶から単斜晶に歪み Tcが向上することが分かっている。そこで、
LaO0.5F0.5BiS2及びCeO0.5F0.5BiS2のSe置換試料において高圧合成または高圧アニー ルすることで、結晶構造が変化するのか、Tcにどのように影響するのかを調べる ことが重要である。それにより、BiS2 系超伝導体のクーパー対形成メカニズムに さらに迫ることが出来る。
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