利用報告書 / User's Report | ARIM Japan公式ホームページ_マテリアル先端リサーチインフラ

【公開日：2023.07.31】【最終更新日：2023.04.27】

課題データ / Project Data

課題番号 / Project Issue Number

22UE0101

利用課題名 / Title

新超伝導体の開発

利用した実施機関 / Support Institute

電気通信大学

機関外・機関内の利用 / External or Internal Use

内部利用（ARIM事業参画者以外）/Internal Use (by non ARIM members)

技術領域 / Technology Area

【横断技術領域 / Cross-Technology Area】（主 / Main）物質・材料合成プロセス/Molecule & Material Synthesis（副 / Sub）-

【重要技術領域 / Important Technology Area】（主 / Main）革新的なエネルギー変換を可能とするマテリアル/Materials enabling innovative energy conversion（副 / Sub）-

キーワード / Keywords

金属間化合物, 超伝導物質, 電子線プローブマイクロアナライザー（EPMA）, X線回折, 磁気特性測定システム, 物理特性測定装置

利用者と利用形態 / User and Support Type

利用者名（課題申請者）/ User Name (Project Applicant)

村中隆弘

所属名 / Affiliation

電気通信大学情報理工学研究科

共同利用者氏名 / Names of Collaborators in Other Institutes Than Hub and Spoke Institutes

倉又　健人,東　慶悟,青木　友希,柴田　才蔵,小林　和生,中村　亮,越川　圭太,遠藤　司

ARIM実施機関支援担当者 / Names of Collaborators in The Hub and Spoke Institutes

桑原大介,北田昇雄,松橋千尋

利用形態 / Support Type

（主 / Main）機器利用/Equipment Utilization（副 / Sub）-

利用した主な設備 / Equipment Used in This Project

UE-001：超伝導量子干渉型磁束計
 UE-002：高磁場多目的物性測定システム
 UE-011：電子線元素状態分析装置
 UE-018：精密構造解析用X線回折装置
 UE-020：超伝導量子干渉型磁束計

報告書データ / Report

概要（目的・用途・実施内容）/ Abstract (Aim, Use Applications and Contents)

MgB₂やBドープダイヤモンドの超伝導を契機に、新超伝導物質開発研究においてBやCなどの軽元素化合物は、依然注目を集めている。我々は、超伝導物質としてRe₃B (T_c=4.8K, Cmcm), Re₇B₃ (T_c=3.3K, P6/mc), Re₂B (T_c=2.8K)が、非超伝導物質としてReB₂, ReB₃ (P6₃/mmc)が報告されている、Re-B二元系化合物に注目した。これらの物質のうち、Re₂Bは結晶構造が決定されておらず、その詳細な物性は不明である。また、ReB₂は100GPaまでの超高圧下においても超伝導が誘起されないことも報告されている。
我々は、ReB₂とは結晶構造は異なるが、同様に非超伝導体であるZrB₂, HfB₂(P6/mmm)が、遷移金属サイトへのV置換(3-4%)によってV-d 軌道を介した電子ドーピングとB欠損によってフェルミレベル近傍の状態密度が向上し、それぞれT_c=8.33K, 7.31Kの超伝導が誘起されることから、Re-B二元系化合物に対するV置換効果に着目した。

実験 / Experimental

試料はRe, V, Bの粉末を所定のモル比で秤量、混合、成型後、Ar雰囲気下でのアーク溶解によって合成した。
合成した試料は、精密構造解析用X線回折装置による定性分析及び構造解析、電子線元素状態分析装置による組成分析、超伝導量子干渉型磁束計による直流磁化率の温度依存性測定及び直流磁化の磁場依存性測定、高磁場多目的物性測定システムによる直流電気抵抗率の温度依存性測定及び磁場依存性測定を行った。

結果と考察 / Results and Discussion

粉末X線回折より、合成された試料中にMg₂Cu型構造(空間群, Fddd)をとるRe-V-Bの三元素化合物が合成されていることを確認し、組成分析によって組成式をRe_1.66V_0.34B と決定した。本物質では、結晶構造中のB元素は1次元鎖を形成するように配列している(図1挿入図)。直流磁化率の温度依存性測定において約4Kで超伝導転移と思われる大きなマイスナー反磁性転移を観測(図1)し、直流電気抵抗率の温度依存性測定では直流磁化率と同様の温度で急激な電気抵抗率の減少を観測(図2)したことより、Re_1.66V_0.34B がT_c=4.0Kの新超伝導体であることを明らかにした。さらに直流磁化の磁場依存性では超伝導体特有のヒステリシスループを観測し、直流電気抵抗率の磁場依存性では磁場の増加過程と減少過程との間にヒステリシスが観測されない2次相転移であることから、第2種超伝導体であることが分かった。
また、Reサイトに対するV置換量を変化させることで結晶構造を別タイプの構造へと制御可能なことを確認したため、より広い他元素濃度範囲での結晶構造と物性との関係を調べることにより、レニウム硼化物における超伝導と結晶構造との相関を明らかにすることができると考えられる。

図・表・数式 / Figures, Tables and Equations

図1: 直流磁化率の温度依存性.
挿入図は結晶構造図.

図2: 直流電気抵抗率の温度依存性.
挿入図はT_c近傍の拡大図.

その他・特記事項（参考文献・謝辞等） / Remarks(References and Acknowledgements)

成果発表・成果利用 / Publication and Patents

論文・プロシーディング（DOIのあるもの） / DOI (Publication and Proceedings)

口頭発表、ポスター発表および、その他の論文 / Oral Presentations etc.

倉又健人, 村中隆弘, (Re,V)2Bの超伝導, 日本物理学会2022年秋季大会, 令和4年9月15日
中村亮, 村中隆弘, Re-Ru-Ti系の超伝導, 日本物理学会2023年春季大会, 令和5年3月24日

特許 / Patents

特許出願件数 / Number of Patent Applications：0件
特許登録件数 / Number of Registered Patents：0件