【公開日：2025.06.10】【最終更新日：2025.05.08】

課題データ / Project Data

課題番号 / Project Issue Number

24UT0014

利用課題名 / Title

Bi系銅酸化物高温超伝導体における結晶軸長のキャリア濃度依存性

利用した実施機関 / Support Institute

東京大学 / Tokyo Univ.

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）計測・分析/Advanced Characterization（副 / Sub）-

【重要技術領域 / Important Technology Area】（主 / Main）高度なデバイス機能の発現を可能とするマテリアル/Materials allowing high-level device functions to be performed（副 / Sub）量子・電子制御により革新的な機能を発現するマテリアル/Materials using quantum and electronic control to perform innovative functions

キーワード / Keywords

X線回折/ X-ray diffraction,量子効果デバイス/ Quantum effect device,電子顕微鏡/ Electronic microscope,超伝導/ Superconductivity

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)

藤井 武則

所属名 / Affiliation

東京大学低温科学研究センター

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

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

府川和弘,飯盛桂子,押川浩之

利用形態 / Support Type

（主 / Main）機器利用/Equipment Utilization（副 / Sub）,技術補助/Technical Assistance

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

UT-007：高分解能分析電子顕微鏡
UT-202：高輝度In-plane型X線回折装置

報告書データ / Report

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

銅酸化物高温超伝導体は、その母物質である反強磁性体絶縁体に、キャリアをドープすることによって超伝導が発現する。キャリアドープと共に、超伝導転移温度T_cが上昇する領域をアンダードープ領域、T_cが最高を示す点をオプティマムドープ、T_cが減少する領域をオーバードープ領域といい、T_cはキャリアドープと共にドーム型の曲線を描く。しかし、銅酸化物高温超伝導体のT_cはキャリア濃度だけによるものでなく、その組成や結晶構造によって変化することが知られている。
本研究は、Bi系銅酸化物高温超伝導体の、BiとSrの比を変化させたり、BiをPbで置換することにより、組成および結晶構造を様々に変化させた試料を作成し、X線回折によってc軸長の変化を、透過型電子顕微鏡によって面内のモジュレーション構造を観測し、そのT_cとの関係を調べることを目的としている。

実験 / Experimental

Bi系銅酸化物高温超伝導体Bi₂Sr₂CaCuO_8+dのBiとSrの比をBi:Sr = 2.2:1.8, 2.15:1.85, 2.1:1.9, 2.05:1.95, 2.0:2.0にした単結晶、および、BiをPbで置換した、Bi:Pb:Sr = 1.6:0.4:2.0, 1.8:0.4:1.8, 2.0:0.4:1.6の組成比の単結晶を作製し、それぞれの単結晶を様々な酸素分圧の下でアニールすることによりキャリア濃度を制御した。そのc軸長をX線回折装置、モジュレーション構造をTEMにおいて観測した。それぞれの超伝導転移温度T_cは低温科学研究センターの磁化率測定装置MPMSで測定した。

結果と考察 / Results and Discussion

本年度は、Pb置換のサンプルの測定は出来なかったが、BiとSrの比を変えた試料を様々にキャリア濃度を制御してX線回折（SmartLab 9kW)を行った。キャリア濃度に対しT_cはドーム型の変化を示すが、c軸長はすべてのBiとSrの比の単結晶において、キャリア濃度に対し単調に減少していくことが確認できた。
モジュレーション構造を観測するためにTEMのサンプル準備の方法を検討した。初めはイオンミリングを用いたが、ミリングによる酸素量の変化がある懸念があるため、スコッチテープで薄くへき開したサンプルをアセトン中で救い上げることにより良質な観測用サンプルを作成することが出来た。TEM（JEM-2010F）においてdeffraction patternを観測したが、モジュレーション構造に由来するサテライトスポットが綺麗に観測できた。
今後は、モジュレーション構造のキャリア濃度依存性やPb置換サンプルの測定を引き続き行っていきたい。

図・表・数式 / Figures, Tables and Equations

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)

1. Takao Watanabe, Effects of vortex and antivortex excitations in underdoped Bi2Sr2Ca2Cu3O10+δ bulk single crystals, Physical Review B, 110, (2024).
   DOI: 10.1103/physrevb.110.134509
   

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

1. 藤井武則, 渡辺孝夫, 掛谷一弘, 伊藤利充, "クロスオーバー磁場によるアンダードープBi-2223の2次元性の評価"　日本物理学会第79回年次大会　令和4年9月16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