いんかじ

メインコンテンツにスキップ グローバルメニューにスキップ | フッターにスキップ メニューボタン 対象者別 ">入学希望の方">卒業生の方">地域・一般の方">企業・メディアの方">在学生">教職員 探す アクセス Language JP EN TOPニュース・イベント【研究発表】結晶構造対称性の変化による超伝導発現機構スイッチング現象を観測 ～非従来型超伝導体の機構解明に前進～https://www.tmu.ac.jp/news/topics/30646.html 2021.01.20 【研究発表】結晶構造対称性の変化による超伝導発現機構スイッチング現象を観測 ～非従来型超伝導体の機構解明に前進～ 報道発表 1. 概要 　東京都立大学 理学研究科物理学専攻の山下愛智特任助教、水口佳一准教授、島根大学 自然科学研究科理工学専攻の臼井秀知助教、大阪大学 大学院理学研究科物理学専攻の黒木和彦教授らの研究グループは、層状ビスマス硫化物系超伝導体の同位体効果を研究し、結晶構造対称性の変化により超伝導発現機構が従来型から非従来型にスイッチングすることを示唆する現象を観測しました。本研究は、新たな非従来型超伝導体の開発および機構解明に重要な指針を与えます。今後、高温超伝導機構へのさらなる解明が期待されます。 2. 研究成果のポイント ビスマス硫化物系超伝導体の高圧相(単斜晶構造)の同位体効果を検証 単斜晶相の超伝導発現機構が従来型であり、先行研究で示された正方晶相の発現機構である非従来型と異なることを解明 層状超伝導体において、結晶構造の対称性の変化により超伝導発現機構がスイッチングしている現象を発見 3. 研究背景と経緯 　超伝導(1)は1911年に発見された量子現象であり、反発しあう電子と電子の間に何らかの引力が生じ、電子同士が相互作用して対を形成することによって実現します。この電子対形成を駆動する相互作用の正体を解明することが超伝導機構解明につながります。より高い温度での超伝導を実現するには、超伝導の発現機構を理解することが重要と考えられています。一般的な超伝導体においては、格子振動（結晶中の原子の振動）を媒介として電子対が形成され、BCS理論(2)により従来型発現機構は記述されます。格子振動が超伝導電子対形成に重要であることを示した実験として、同じ原子番号で原子核の質量の異なる同位体元素を用いた同位体効果(3)の観測があります。　2012年に水口准教授らはビスマス硫化物系（BiS2 系）(4)層状化合物(5)超伝導体を発見しました。その典型物質であるLa(O,F)BiS2 は、伝導層である BiS2層とブロック層である La(O,F)層が交互積層しており、銅酸化物系や鉄系などの高温超伝導体(6)と非常によく似ており、非従来型超伝導機構の可能性が提案されています。そのため、超伝導発現機構の解明にむけた研究が精力的に行われています。最近の理論研究および実験研究では、常圧相（正方晶構造）のBiS2系超伝導体における非従来型機構(7)の可能性が示されています。一方で、BiS2系において最も高いTcを示す高圧相（単斜晶構造）の超伝導機構は未解明であり、その発現機構の解明が求められています。　本研究は、層状ビスマス硫化物系超伝導体の機構解明を目的としました。硫黄同位体（32Sおよび34S）試薬を用い(Sr,La)FBiS2の多結晶試料を合成しました。高圧下での磁化測定から、同位体の違いによる転移温度の変化を精密に検証しました。なお、この研究開発は、東京都都市人材外交高度研究（H31-1・代表：水口佳一）および科研費・国際共同研究強化(B)（18KK0076・代表：横谷尚睦（岡山大））の助成を受けて行いました。 4.研究の内容 　本研究では、硫黄同位体試薬を用いて(Sr,La)FBiS2多結晶試料を合成し、高圧相（単斜晶構造）の同位体効果の検証を行いました。高圧下磁化測定用の圧力セルを利用して、圧力下の磁化を測定し、Tcの精密な見積もりを行いました。組成分析と粉末X線構造回折の結果から、キャリア濃度が同程度と見積もられる試料間でTcを比較したところ、同位体の違いにより転移温度が変化することを明らかにしました。図１に32Sおよび34Sを用いて合成した(Sr,La)FBiS2多結晶試料の磁化率の温度依存性を示します。この図では高圧相（単斜晶構造）でのデータを示しています。32Sを含む試料のTcが34Sを含む試料のTcより高いことがわかります。同位体の質量とTcとの関係から見積もったαは約0.54とBCS理論から見積もられる値(α = 0.5)と近い結果が得られました。この結果から、高圧相（単斜晶構造）の超伝導発現には格子振動が強く影響していることが示唆され、従来型の超伝導発現機構である可能性を示しました。一方で、常圧相（正方晶構造）では非従来型機構の可能性が示されていることから、本研究の結果は、結晶構造対称性の変化により超伝導発現機構がスイッチングしていることを示唆しています。結晶構造と同位体効果の違いを図２にまとめました。今回の結果に基づいて、新たな非従来型超伝導体の開発および超伝導機構の解明に重要な指針が見出されることが期待できます。 図1. 32Sと34S同位体を使用した試料の高圧下磁化率の温度依存性   図2.　同位体効果により解明された超伝導発現機構と、結晶構造との相関関係   5. 今後の展開 　BiS2系層状超伝導体は物質の種類（結晶構造および構成元素など）が多様であるため、ブロック層や伝導層が異なる物質群の超伝導機構の解明を行い、今回観測した現象がBiS2系超伝導に普遍的な性質であるかを明らかにしていきます。結晶構造対称性の変化がどのように超伝導発現機構をスイッチングさせるかの詳細が解明できれば、新たな非従来型超伝導体の開発が可能となります。また、様々な非従来型超伝導体を開発することは、新たな高温超伝導体の発見につながると期待しています。 【用語解説】 (1) 超伝導　特定の金属を低温に冷却するとある温度（超伝導転移温度：Tc）以下で電気抵抗が消失します。この現象を超伝導と呼び、超伝導転移を示す物質を超伝導体と呼びます。(2) BCS理論　1957年にバーディーン、クーパー、シュリーファー博士らによって提唱された超伝導の微視的理論。電子の間に格子振動を媒介とする引力が働き、電子対が形成されることで超伝導状態が実現することを示しました。(3) 同位体効果　原子の質量(M)の１／２乗に半比例して超伝導転移温度(Tc)が低下する現象を指し、Tc ∝ M-αの関係があります。従来型機構では、αが0.5に近い値になります。(4) BiS2系超伝導体　層状超伝導体（以下参照）の一種で、水口准教授らが2012年に発見しました。超伝導機構が未だ解明されていないため、機構解明研究が続けられています。(5) 層状化合物　一般的に金属間化合物より複雑な構造を持ち、シート状の化合物層が積層した結晶構造を持つ化合物を層状化合物と呼びます。超伝導を示す層状化合物を層状超伝導体と呼びます。(6) 高温超伝導体　超伝導は一般的に低温（数ケルビン程度）で起こる現象ですが、銅酸化物系のように液体窒素温度以上で超伝導転移を示すような物質も一部存在し、高温超伝導体と呼ばれています。明確な基準はありませんが、30ケルビン以上の超伝導体を高温超伝導と呼ぶことが多いです。(7) 非従来型機構　多くの超伝導体では、格子振動を媒介として電子が対を形成することで超伝導状態が発現します。格子振動を媒介とした機構を従来型機構と呼びます。一方、磁気揺らぎや電子相関など、格子振動以外を媒介として電子対を形成する場合を非従来型機構と呼びます。 【論文情報】 令和３年１月１９日１０時（英国時間）Springer Nature刊行の英文誌「Scientific Reports」（オンライン版）に掲載。“Possible pairing mechanism switching driven by structural symmetry breaking in BiS2-based layered superconductors”A. Yamashita, H. Usui, K. Hoshi, Y. Goto, K. Kuroki, Y. MizuguchiSci. Rep.. Manuscript DOI：10.1038/s41598-020-80544-2   ・理学研究科物理学専攻　水口 佳一准教授 報道発表資料(968KB)元のページに戻る 最新のニュース 2024.05.29 お知らせ 【重要】2024年度前期　一般学生　授業料減免申請 追加申請受付について 2024.05.24 お知らせ 【研究発表】一度の激しい運動がその後の身体活動量と体温を下げ体重を増やしてしまう 2024.05.17 お知らせ 【研究発表】溶液と固体の状態で円偏光を発光するキラルな亜鉛錯体の開発に成功－溶液と個体とで円偏光の回転方向が反転　新たな発光デバイスへの応用に期待－ 2024.05.16 お知らせ 【研究発表】過去77年間の小笠原諸島の植生変化を解明 －過去の人為的攪乱の履歴が、生態系の復元可能性に影響－ 2024.05.13 お知らせ 【研究発表】電気を流し、室温強磁性を示す希土類酸化物を発見－スピントロニクス材料としての応用に期待－ Page top 大学について学部・大学院教育の特長研究・産学公連携国際展開・留学学生生活・キャリア入試案内キャンパス・施設案内ニュース・イベントHOT TOPICS教員紹介 入学希望の方卒業生の方地域・一般の方企業・メディアの方在学生教職員 お問い合わせ関連リンクサイトマップサイトポリシープライバシーポリシーソーシャルメディアポリシーWEBマガジンメトロノワ調達・契約情報 ©2024 Tokyo Metropolitan Public University Corporation Follow Us都立大X都立大Channel Open/Close大学についてOpen/Close大学の目的・使命学長メッセージ学長メッセージ ＜メディア＞TMU Vision 2030Open/Close大学概要沿革組織図センター・機構学生数教職員数学則・規則施設概要設置認可申請書等東京都立大学の評価活動について数字で見る東京都立大学動画で見る東京都立大学シンボルマーク大学の校歌Open/Close教育情報の公表大学の教育研究上の目的・３ポリシー教育の3つのポリシー（学部）教育の3つのポリシー（大学院）教育研究上の基本組織アセスメント・ポリシー大学院（専門職大学院を除く）の学位論文審査基準授業に関すること成績評価基準、卒業・修了認定基準等メディア掲載Open/Close学部・大学院人文社会学部法学部経済経営学部理学部都市環境学部システムデザイン学部健康福祉学部Open/Close大学院 研究科・専攻一覧人文科学研究科法学政治学研究科経営学研究科理学研究科都市環境科学研究科システムデザイン研究科人間健康科学研究科大学院分野横断プログラム再編前の学部・大学院Open/Close教育の特長Open/Close革新的なカリキュラム基礎科目群教養科目群基盤科目群キャリア教育・インターンシッププログラム文理の枠を超えた履修推奨科目副専攻グローバル教育教職課程・学芸員養成課程文理教養プログラム学びのスタイル副専攻教職課程・学芸員養成課程教育基盤強化事業Open/Close教育改革推進事業首都大学東京 教育改革推進事業 FD活動都立大の教学IR ~Institutional Research~ベスト・ティーチング・アワードOpen/Close研究・産学公連携Open/Close研究センター、リサーチコア宇宙理学研究センター生命情報研究センター水道システム研究センター子ども・若者貧困研究センターソーシャルビッグデータ研究センター金融工学研究センター水素エネルギー社会構築推進研究センター医工連携研究センター量子物質理工学研究センターエネルギーインテグリティーシステム研究センター島嶼火山・都市災害研究センターコミュニティ･セントリック･システム研究センター言語の脳遺伝学リサーチコアサービスロボットインキュベーションハブリサーチコア（略称：serBOTinQ)高度研究東京都立大学 若手研究者等選抜型研究支援特別栄誉教授等制度・特別招聘教授制度共同研究・受託研究・学術相談・特定研究寄附金知的財産大学等発ベンチャー支援産学公連携スペース TMU Innovation Hub研究力強化推進プロジェクトローカル5G環境を活用した最先端研究都立大の先端研究に迫る傾斜的研究費一覧Open/Closeコンプライアンス・内部統制研究費の不正使用防止に対する取組（相談窓口・通報窓口の案内はこちら）研究活動の不正行為等防止に対する取組（通報窓口の案内はこちら）研究倫理利益相反マネージメント安全保障輸出管理Open/Close国際展開・留学多彩な留学制度／留学プログラムグローバル人材育成についてGlobal Discussion Camp（GDC）国連アカデミック・インパクト外国人留学生支援Open/Close国際交流協定協定校一覧（全学）(250KB)協定校一覧（部局間）(346KB)国際化基本方針国際化推進体制理学部生命科学科　英語課程 英語で学位が取得できるプログラムPickup！都立大の国際化 「東京都立大学ならではの体験ができる交換留学制度――異文化を肌で感じた記憶はその後の人生を変える」By 朝日新聞Thinkキャンパス広告記事Open/Close学生生活・キャリアOpen/Close学修サポート学生の修学支援主体的学修支援セミナーTA（ティーチングアシスタント）等Open/Close学生サポート学生相談室保健室ダイバーシティ推進室ボランティアセンター保険の加入学生課Open/Close施設の利用図書館連絡バス美術館の無料入場等学生寮などOpen/Closeキャンパスライフ学生広報チームpresents動画クラブ＆サークルFIND YOURSELF AT TMU(2.2MB)都立大生の1日VLOG！理系・文系の学生比べてみたBy朝日新聞YouTubeチャンネル【土佐兄弟の大学ドコイク】Open/Closeキャリア・就職キャリア支援・各種サポートキャリア支援課大学院進学Pickup！キャリア支援 「1年次から履修可能な現場体験型のキャリア授業で、未来の自分を考える」By 朝日新聞Thinkキャンパス広告記事学費・減免制度・奨学金制度等Open/Close入試案内Open/Close学部入試アドミッション・ポリシー学部入試概要【2024年5月24日更新】外部英語検定試験の利用について（2025年度以降一般選抜）インターネット出願入学者選抜要項・学生募集要項入試Q&A一般選抜の入試結果【2024年5月27日更新】(133KB)多様な選抜の入試結果【2024年4月26日更新】(146KB)募集人員【2023年7月7日更新】(313KB)オープンキャンパス・説明会資料請求・お問い合わせ入学考査料・入学料・授業料Open/Close学部入試制度改正2024年度2025年度2026年度Open/Close大学院入試大学院のシステムアドミッションポリシー大学院入試概要大学院学生募集要項大学院進学後の進路状況入学考査料・入学料・授業料資料請求・お問い合わせ大学案内・大学院案内Open/Closeキャンパス・施設案内キャンパスマップCampus Gallery図書館光の塔牧野標本館交通アクセスエコキャンパス・グリーンキャンパス電力使用状況イベントカレンダー教員紹介 入学希望の方卒業生の方地域・一般の方企業・メディアの方在学生 お問い合わせ関連リンクサイトマップサイトポリシープライバシーポリシーソーシャルメディアポリシーWEBマガジンメトロノワ調達・契約情報 JP EN Follow Us都立大X都立大Channel