2016/08/22

ビスマス単原子シートの超伝導体化に成功

 

東北大学大学院理学研究科

東京大学大学院理学系研究科

東京工業大学

 

概要

東北大学大学院理学研究科の福村知昭教授、清良輔大学院生(東北大学大学院理学研究科、東京大学大学院理学系研究科)らは、ビスマス層状酸化物の新超伝導体を発見しました。

原子層のブロックが積み重なった構造をもつ層状化合物では、銅酸化物や鉄系化合物に見られる高温超伝導のような特異な物性が期待されることから、層状化合物の新しい超伝導体の探索がさかんに行われています。新しい超伝導体の発見は、新たな現象や別の新超伝導体の発見につながる可能性があります。

本研究グループは、これまで超伝導を示さないと考えられていたビスマス層状酸化物を超伝導化することに成功しました。この物質は、単原子の厚さのビスマスのシートと絶縁体酸化物ブロック層からなる構造をもち、ビスマスの単原子シートが超伝導状態になっていると考えられます。通常の化学組成では超伝導は発現しませんが、酸素を過剰に導入してビスマスの単原子シートの間隔を拡げることで、超伝導が発現します。

今回の成果により、同様の手法で他の層状化合物を超伝導体化することへの活用が期待されます。また、原子番号が大きくスピン軌道相互作用の大きいビスマスが超伝導を示すことから、量子コンピューターに活用できる特異な超伝導状態の発現の可能性があります。

本研究は、東京大学大学院理学系研究科化学専攻の長谷川哲也教授、東京工業大学科学技術創成研究院フロンティア材料研究所の川路均教授と共同で行ったもので、JSTの戦略的創造研究推進事業 チーム型研究(CREST)「元素戦略を基軸とする物質・材料の革新的機能の創出」研究領域(研究総括:玉尾 皓平 理化学研究所 研究顧問/ グローバル研究クラスタ長)の助成を受けています。

 

図:考えられる超伝導の発現機構
酸素が、ビスマス単原子シートとYOブロック層の間の隙間に入り込み、c軸方向に結晶が伸びることで、超伝導が発現すると考えられます。

 

詳細については、東北大学大学院理学研究科のホームページをご覧ください。
 

―東京大学大学院理学系研究科・理学部 広報室―