鉄系超伝導体の圧力効果
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鉄系超伝導体の圧力効果. 超伝導について. 高温超伝導ケーブルの試験(横浜). 電気抵抗がゼロに 永久電流が流れる 無損失で電力輸送. リニアモーターカー. 超伝導マグネット. 超伝導体開発の歴史 ( 背景). T c vs. year 圧力効果も同時にプロット. H. Takahashi: JPSJ Online-News and Comments [Jun. 10, 2008]. 目標  (1) 高い T c を目指す  (2) 新超伝導体のメカニズム解明による新概念の創製. O. F. La-O layer. La. e -. Fe-As

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鉄系超伝導体の圧力効果

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Presentation Transcript


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鉄系超伝導体の圧力効果

  • 超伝導について

高温超伝導ケーブルの試験(横浜)

電気抵抗がゼロに

永久電流が流れる

無損失で電力輸送

リニアモーターカー

超伝導マグネット


6920983

超伝導体開発の歴史(背景)

Tc vs. year 圧力効果も同時にプロット

H. Takahashi: JPSJ Online-News and Comments [Jun. 10, 2008]

目標 (1) 高いTcを目指す (2) 新超伝導体のメカニズム解明による新概念の創製


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O

F

La-O

layer

La

e-

Fe-As

layer

Fe

As

相図

研究の背景-鉄系超伝導の発見と大きな圧力効果

LaFeAsO1-xFx

Tc = 26 K

超伝導

1111 type structure

(La1111)

反強磁性

[Y. Kamihara et al., JACS 130, 3296 (2008)]

F置換

[H. Luetkens et al., NM8, 302 2009]

圧力効果

Tc = 43 K at 4 GPa

Schematic crystal structure

of LaFeAsO1-xFx

two dimensional

electron doping

[H. Takahashi et al., Nature 453 ,376 2008]


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研究の目的

LnFeAs(O1-xFx)

LnFeAsO1-d

目的

・鉄系超伝導体の高圧実験から高いTcを得ること。

・物理量の圧力効果から超伝導機構についての知見を得ること。

 特にX線回折実験により高圧下での結晶構造を決定する

・新物質開発の指針を得ること。

[Z. A. Ren et al., EPL 83 (2008) 17002]

Ln=ランタノイドのイオン半径が小さいものほどTcが増大(化学圧力)

Tcの圧力効果(物理圧力)の結果が指針となる


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研究の成果

新物質開発(細野グループ)

  • 1111型 CaFeAsF Fe→Co置換、F → H置換

  • 1111型 SmFeAsO O→ H置換

  • 1111型 LaFeAsO O→ H置換

  • 122型 SrFe2As2Sr → La置換

  • 122型 LaCo2B2Co → Fe置換、La → Y置換

  • 11型 FeSe Se → S置換(NIMS高野グループ)


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研究の成果

CaFeAsF, CaFeAsH

Tcの圧力効果と結晶構造の圧力効果との関連


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研究の成果

Sr1-xLaxFe2As2

a 軸

c 軸

Tcの圧力効果

[Y. Muraba et al., PRB 82 (2010) 180512(R)]

構造相転移

格子定数の圧力効果

Tcの圧力効果と結晶構造の関係、 圧力による構造相転移でTc抑制


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研究の成果

Fe(Se1-xSx)2

Tcミニマム

圧力に対する構造パラメーターの急な変化が

Tcミニマムに対応している

Tcの圧力効果


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結果と考察 (構造パラメータと超伝導転移温度の相関)

[C. H. Lee et al., JPSJ 77 (2008) 083704]

FeAs4四面体が正四面体(a = 109.47º)に近づくほど超伝導転移温度が高い。

LnFeAsO1-xFxの構造パラメータの圧力依存性

理論的にも電子構造と原子位置の強い相関が示唆されている。

(LaFeAsO1-xFxでの実験を進行中)


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高圧発生装置

ピストンシリンダー装置とダイヤモンドアンビルセル

ダイヤモンドアンビルセル装置

50~100GPaまで

X線回折、電気抵抗、磁化率測定

試料空間極小

静水圧性は圧力媒体による

ピストンシリンダー装置

3~4GPaまで静水圧性は良い

電気抵抗や磁化率測定

試料空間大


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高圧発生装置

キュービックアンビルセルと一軸圧縮

キュービックアンビルプレス装置

一軸応力発生装置と一軸ひすみ発生装置

12GPaまで静水圧性は良い

電気抵抗や磁化率測定

試料空間やや大

1GPa程度まで、

電気抵抗や磁化率測定

試料が破壊するまで

今後、異方的圧縮による効果も調べたい


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川上グループ (サブグループ) 

上:SrFeO3

下:SrFO2

SrFeO2の高圧メスバウワー

S=2(黄) →S=1 (青)の磁気転移

SrFeO2の高圧電気抵抗


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