研究発表

2011年3月の福島第一原子力発電所事故1)により，多量の放射性物質が東日本に降り注いだ．放射線強度は，航空機モニタリングの手法により観測され，数値が公開されている2)．また，山岳関係者によって山岳地域における放射線量の測定が行われているが3)，事故由来の134Csおよび137Csによる  線と，岩石に含まれる40Kによる  線（自然放射線）とを分離し測定をする必要がある．山の地形がCsの分布に及ぼす影響も考慮するべきである．理工学部山岳部としての特徴を活かし，自然放射線の影響を考慮しつつ，山岳地域における放射性Csの分布とその機構を明らかにする．

超伝導線材は、電気抵抗がゼロになる現象である超伝導の応用の一つであり研究が盛んにおこなわれている。しかし、これまでに作製されている超伝導線材は特殊な技術が必要であり、超伝導線材作製には膨大なコストがかかる。そこで、我々の研究室はSr2VFeAsO3-dの合成及びその磁気状態相図の知見を得ているため、金属シースに超伝導粉末を詰め圧延後、熱処理を行うPowder-in-tube(PIT)法によるSr2VFeAsO3-dの線材化に取り組んでいる。本講演では、我々が得ているSr2VFeAsO3-dの合成法とその線材化の現状を報告する。

鉄系超伝導体が発見されてから、超伝導転移温度(Tc)を上昇させる研究が進められてきた。 そのうちの一つであるSmFeAsOは、酸素欠陥導入、圧力印加、水素ドープにより超伝導化し、SmFeAsO1-xHyは55 K程度のTcを示す. 我々は試料の天然同位体組成のSmを144Smに置換することで生じる同位体効果を定量し、Tcに対する同位体効果を明らかにした。

鉄系高温超伝導体は、非常に多くの化合物において発見されている。その内、単位格子中にペロブスカイト関連酸化物層を有するSr2TMFeAsO3-dは、酸素欠陥量定量の困難さから、化学組成とい磁性の相関について議論のある状況であった。我々は、Sr2CrFeAsO3-d酸素量を系統的に変化させた多結晶を合成した。また、57Feメスバウワ分光により、Sr2CrFeAsO3-dの磁気相図を世界ではじめて作製した。

希土類と遷移金属を含む層状化合物の磁性体は、重い電子系超伝導体やNi-B系超伝導体の発見により、20年以上に渡り、物質探索の対象であった。われわれは、過去に報告例の少ない、Cr系層状金属間化合物 LnCr2Si2C (Ln = La, Ce, Sm)のCrと希土類の磁気構造を理論的に検討し、Crの磁性はS型反強磁性が最安定であることを明らかにした。

銅酸化物超伝導体は結晶構造中にペロブスカイ ト関連構造を有し, ランタノイド等からなるキャリ アブロック層とCuO2 面からなる電気伝導層の2 種 類の層が交互に積み重なって構成される層状構造 を取る[1]. 高温超伝導体多結晶の臨界電流密度(Jc) は多結晶を構成する微結晶の粒界接合の形状によ りJc が大きく変化する. そのため単結晶であること が望ましい. 我々は多糖類の構造を鋳型 (バイオテンプレー ト)として用いたYBa2Cu3O7-δ (YBCO)マイクロ/ナノ ワイヤの合成を行い, その構造を評価した.

近年、新奇機能性材料の創出の観点から、機能性二次元材料をファンデルワールス力により積層した層状物質が注目を集めている。これらの物質系では、層間の電気的、光学的、またスピン軌道結合を自在に設計し、制御することが可能になると期待される。このような観点から、我々は二次元(層内)強磁性Eu 層により二枚のSnAs 層が挟まれたEuSn2As2に関して研究を行った。

鉄系高温超伝導体のLa(Ca)FeAsO(F)はLaFeAsOを母相とした室温合成が可能な化学組成としては、最高の超伝導転移温度(Tc)　31.5 K を示す。 La(Ca)FeAsO(F)の磁性、格子定数の変化、及び局所構造変化を報告する。

六方晶EuSn2As2はその格子にファンデルワールス結合を有する金属間化合物である。Sn2As2層とEu層が積層しており、代表的な熱電変換材料であるBi2Te3と晶系と化学結合は類似している。我々は低空隙率の多結晶EuSn2As2を作製し、その熱電変換性能を明らかにした。

熱電変換材料の性能は無次元性能指数ZT=S2σT/κ、すなわちゼーベック係数(S)、電気伝導率(σ)、絶対温度(T)、熱伝導率(κ)より定義される。ZTが1を超えると実用的な熱電材料といえる。混合アニオン層状化合物の1111系BiCuSeOは1付近のZTを示すことが知られている。われわれは1111系AeMnPnF (Ae: アルカリ土類)の熱電変換性能を非経験的計算により部分的に予想した。

ペロブスカイト型酸化物は強誘電体や強磁性体を含む機能性材料である。その電気的磁気的性質は1970年にGoodenoughとLongonによりまとめられた。このペロブスカイト関連層状酸化物をふくむ混合アニオン層状化合物Sr2TMFeAsO3-, (TM: Cr, V)の磁性を報告する。

混合アニオン層状化合物であり、超伝導体であるSr2VFeAsO3の酸素量を系統的に変化させて57Feメスバウワ分光の報告をおこなった。異性体シフト、四重極分裂、吸収線の半値幅の温度変化をそれぞれ明らかにし、低温での内部磁場の増大、すなわちFeの反強磁性相の出現を報告した。