研究発表

鉄系層状高温超伝導体の1つであるSr2VFeAsO3 (21113V)1は, ペロブスカイト関連Sr2VO3層とPbO型FeAs層が互いに積層した複合アニオン層状化合物(Mixed anion layered compounds: MALCs)である. 21113Vは, 酸素欠損量()  0.145 の酸素欠損量()を示す化学組成においてバルク超伝導相2を示すのみならず, Powder-in-tube (PIT)法により超電導線材が作製可能3であり, 高機能な酸素発生電気化学触媒4である. すなわち, 多機能な材料といえる. Nakamuraらは, 21113V ( = 0)の安定な磁性相を分子式中の鉄(Fe), バナジウム(V)ともに反強磁性と報告した.5 ところで, 21113Vの安定な磁性相は, の変化に対応し変化する.2 しかしながら, 実験的に得られる  0の化学組成を示す21113Vの磁性相と比較可能な理論的な磁性相モデルは, いまだ不明であった. 我々は, 21113V ( = 0, 0.25, 0.5)の 21113Vにおける酸素欠損由来の磁性相転移の詳細を, 密度汎関数理論(DFT)に基づき報告する. 21113V (0)のVはフェリ磁性を示す.2 21113V (0)は, 低温において常伝導相を示す ~ 0.25において最大の自発磁化を示す.2 21113Vの磁気相図は, DFTに基づき得られた21113V中のFe, Vの理論的なスピン分極により支持される.6

鉄系高温超伝導体の転移温度(Tc)は、混合アニオン化合物において、オンセット温度 58 Kに達した。これらを扱う原著論文は、4600編以上報告されているため、個人での文献調査はいささか苦労の多い状況である。当日は, 今後の技術革新の「種」に関する議論をインフォーマルに概説する。

我々が2006年に鉄の正方格子が電気伝導を担う超伝導体を報告して以来、同じく金属的な鉄の正方格子を単位格子中に有する層状化合物において様々な鉄系高温超伝導体が、世界中で報告され続けている。国内外の先端研究事例、自ら求めた電子磁気状態相図、及び今後のブレイクスルーを必要とする鉄系超伝導体の線材応用研究の現状について概説した。

アンモニア(NH3)は、鉄を触媒として用いたHaber-Bosch(HB)法により、水素と酸素から合成されている。この反応は、高温高圧の温度圧力条件が必要であるため、多大なエネルギーを要する。我々はPAW法による非経験的な状態密度計算コードVienna Ab-initio Simulation Packageを用いてFe、Ru、Niそれぞれの界面への窒素分子吸着エネルギーを求め、HB法メカニズムの一部を解釈した。

ThCr2Si2型構造を示す化合物群は、空間群はI4/mmmに属する正方格子の結晶である。この化合物群は、重い電子系の超伝導体であるCeCu2Si2や鉄系超伝導体の内、もっとも高い臨界電流密度を示す超伝導線材として期待されているBa1-xKxFe2As2を含み、マテリアルインフォマティクスの対象として興味深い。本講演では実験的な電子物性と理論的な電子物性の比較を行い、4f電子の電子状態の解釈ついて報告する。

われわれはこれまでに、層状オキシニクタイドLnFeAsO1-xFx (Ln = La, Sm, Eu and Gd)において、電子磁気状態相図を明らかにしている。いずれの系も、x = 0 の母相は反強磁性金属であり超伝導を示さず、5 at.%程度のフッ素(F)ドープにより超伝導相が現れ、この超伝導相はFe由来の磁気相とは共存しない。本講演では、Ln = Gd を中心に、低温の結晶構造相転移のフッ素濃度依存性について報告する。

われわれはこれまでに、層状オキシニクタイドCeFePOにおいて、常磁性強磁性メタ磁性転移、FeサイトへのRuドープによる擬二次元Ce正方格子の次元性制御による強磁性相から常磁性相への量子臨界点、及び、FeサイトへのCrドープによる常磁性強磁性磁気相転移などを明らかにした。 本講演では、強磁性相CeFe1-xCrxPOにおけるFe付近の元素選択的磁気状態を報告す。

LaFeAsOは、鉄系超伝導体の母相ではあるものの、反強磁性金属である。LaFeAsOは、酸素サイトに、酸素(O)や水素(H)を部分置換することにより生じる電子ドープにより超伝導相となることが知られている。しかしながら、LaFeAsOのホールドープによる電子相の変化については、報告例が少ない。われわれは、LaサイトへEu2+をドープすることで、ホールドープ領域の電子相を明らかにした。

熱電変換材料は、無次元性能指数ZT=S2/()で評価される。ここでSはゼーベック係数、は電気抵抗率、は熱伝導率、Tは絶対温度を示す。毒性が少ない酸化物の熱電材料の内、地殻中に豊富に含まれる材料を選択することは、この分野の課題である。われわれは、新規な熱電材料候補として、注目を集めているBiCuSeOを実際に合成し、そのZTを測定した。得られたZTは0.18程度で、Liuらの報告と矛盾しない。