研究発表

単位格子中にペロブスカイト関連キャリアブロック層を有する、混合アニオン化合物 Sr2ScMPO3 (M = Mn, Ni)を新規に合成し、結晶構造、電気的性質、熱起電力を明らかにした。Sr2ScMPO3 (M = Mn, Ni)は、いずれも正方晶であり、M = Mnの場合は、絶縁的、Niの場合は金属的な電気的性質を示す。M = Niの20-300 Kでの熱起電力の大きさは、|10| VK1以下である。

GdFeAsO1-xFxの結晶構造、及び電気的、磁気的性質を、フッ素濃度を体積べガード則を基準として定量しその電子磁気状態を明らかにした。GdFeAsOの電気抵抗率は、150 K 付近(Tanom)で温度の低下とともに、急激に減少し、低温で残留抵抗を示す。一方、フッ素を配合した試料は最高で47 K付近の超伝導転移を示した。57Feメスバウワ分光により母相の反強磁性相を低温で確認した。これらの結果は先行研究と矛盾しない。

ウルツ鉱型窒化ホウ素(w-BN)と閃亜鉛鉱型窒化ホウ素(c-BN)は、高い硬度と鉄化合物に化学的安定性により、その工学的有用性から、研究対象として興味深い。しかしながら、w-BNは高圧下低温安定相であり、c-BNは高温高圧下安定相であり、常温常圧下ではいずれの相も準安定相となるため、単相の試料を得ることは困難であった。われわれは、高温高圧下その場エネルギー分散型X線回折による高温高圧での結晶相観察を行ない、w-BNの単相をえるための圧力/温度条件を得た。

SmFeAsO1-xFx, SmFeAs1-x PxO1-yFy (Sm1111)の多結晶試料について, magnetic Jcを拡張Beanモデルを用いて求め, 4端子法により測定される電圧降下の閾値を定義して求まるtransport Jcと比較した同一試料の磁束密度分布をSQUID顕微鏡により直接観察し, 多結晶体における磁場侵入長の算出を試みた. 5 Kにおけるmagnetic JcはSmFeAsO1-xFx (x = 0.082) が〜13kA cm-2, SmFeAs1-xPxO1-yFy (x=0.02, y = 0.10)が〜12 kA cm-2であった. 多結晶試料の磁場侵入長をLondonの理論[1]を仮定し, 算出すると単結晶等で報告されるIntrinsicな値[2]に比べ数桁大きい値を示した.学会では, この値を多結晶の結晶粒界の影響を考慮し解釈する.

これまでに報告された鉄系高温超伝導体の内,は最も高い超伝導転移温度、上部臨界磁場、及び不可逆磁場を示すのはいずれも混合アニオン化合物である。しかしながら、これらの混合アニオン化合物を利用した超伝導線材の臨界電流密度は、ThCr2Si2構造を示すBa1-xKxFe2As2を初めとするいわゆる122系に比べて, 数桁低い値にとどまる。鉄系超伝導体の歴史と現状を紹介し、混合アニオン化合物の電子磁気相図の重要性と、今後の展望を概説する。

超伝導体のゼロ抵抗、すなわち臨界電流密度(Jc)以下の状態は線材や強磁場応用電磁石として活用可能な重要な状態相である。一般に、常伝導のピン留め中心の混入はJcの上昇をもたらすが、反面、Tcの低下をもたらす場合もある。本稿は、超伝導を示すホウ素ドープダイヤモンドの表面に水素終端処理、または酸素終端処理を施すことで、Jcの可逆的な制御を報告する。

遷移金属(TM)を含む3元系, 4元系 カルコゲン(Ch)化合物 (Cu2-TM-A-Ch4, A = 14族元素 又は 15族元素)はp型の熱電変換材料として期待されている。この化合物の格子熱伝導は, 陽イオンサイトに複数のイオンが入り, 乱れが生じることに起因して, 低下する。 この報告ではCu2-TM-A-Ch4の１つである空間群 I-42m に属するCu3Sn(Se,S)4の結晶構造の乱れと熱電材料としての性質を明らかにした。

鉄系超伝導体Sr2VFeAsO3-dの(磁性、電気的性質)と酸素欠陥の相関を複数の試料に対して, 直流電気抵抗率, 磁化, 磁化率, エネルギー分散型X線分光(EDX), 57Fe メスバウワ分光の測定より明らかにした。d < 0.1 の試料はTc = 24-37 Kの超伝導転移を示した。d = 57Feメスバウワ分光はd = 0.5 付近では試料は自発磁化を示した。これらの知見から, Sr2VFeAsO3-dの電子磁気状態相図を作成した。

クロムイオンによる正方格子を有するLnCr2Si2Cは金属的な電気的性質を示す金属間化合物である。アーク溶融による試料合成を行い、それぞれの組成の炭素(C)欠陥による磁性の変化、Siサイトへのホウ素(B)ドープによる磁性の変化を調べ、Siの5 at%程度Bに置換したSmCr2Si2Cは4 Kの低温で遍歴強磁性を示すことがわかった。

単位格子中にペロブスカイト構造酸化物を有し、異方性の非常に大きい鉄系超伝導体Sr2VFeAsO3-dの磁性、電気的性質の酸素欠陥との相関しらべ、超伝導相と磁性相は非共存であることを明らかにした。d = 0.5 付近では鉄は自発磁化を示し、Spin density waveとして振る舞う。またFeの磁性相と超伝導相は非共存である。

二次元近藤格子を有するCeFePOのFeサイトにRuとCrを部分置換することで、ゼロ磁場下では常磁性を示すCeFePOをTc = 8-15 Kの強磁性体に転移させることに成功した。すなわち、二次元近藤格子の量子相転移は、5-20at%程度のRuドープ/Crドープのそれぞれで引き起こすことができる。

鉄系超伝導体の基本構造であるZrCuAsSi型構造 (いわゆる1111構造)を示す高温超伝導体の内、未だに電子磁気状態相図の不明なGdFeAsO1-xFxの超伝導転移温度のフッ素濃度依存性を明らかにした。超伝導転移温度(Tc)は x > 0.65付近より現れる。Tcはフッ素濃度とともに上昇し、そのTcは48 K付近に上昇する。