【公開日：2025.06.10】【最終更新日：2025.03.30】

課題データ / Project Data

課題番号 / Project Issue Number

24UE5369

利用課題名 / Title

電子線元素状態分析装置を用いた試料中元素の組成分析

利用した実施機関 / Support Institute

電気通信大学 / UEC

機関外・機関内の利用 / External or Internal Use

外部利用/External Use

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）物質・材料合成プロセス/Molecule & Material Synthesis

【重要技術領域 / Important Technology Area】（主 / Main）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（副 / Sub）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

キーワード / Keywords

電子顕微鏡/ Electronic microscope,熱電発電/ Thermoelctric Power Generation,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)

出村 郷志

所属名 / Affiliation

日本大学 理工学部物理学科

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

中村 仁,石田 あずみ

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

UE-011：電子線元素状態分析装置

報告書データ / Report

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

【研究概要】
　BiS2系化合物La(O,F)BiS₂は、電荷供給層と二枚のBiS₂層からなる伝導層が交互に積層した物質であり、低温で超伝導を示す。最近我々は、La(O,F)BiS₂のBiサイトの一部を、周期表において一つ隣にある鉛（Pb）やスズ（Sn）へ微少量（20%以下）の置換を行うことにより、物性を大きく制御できることを見出した。例えば、約4％の置換量（仕込み値）では半導体的特性が強くなるが、約8％で金属的になるとともに、150Ｋ付近で構造相転移を示し、超伝導転移温度も約6Kまで上昇する。この構造相転移温度は置換量の増加と共に上昇し、20％の置換量では、室温付近となる。特に、Snを置換した試料において，さらにLaの一部を５％ほどNdを置換すると，超伝導転移温度が7Kまで上昇することもわかっている。そのため、実際にどれくらいの元素が置換されているかが重要であるが、これまでの議論は仕込みの置換量に対する変化である。これは、仕込みの置換量に対し、分析されたPbやSnの置換量が非常に低いことが報告されており、エネルギー分散型X線分光では置換量の変化を見ることが困難なためであり[1]、より分解能の高い分析機による測定が必要である。
[1] S. Kobayashi et al., JPSJ 93, 024707(2024) (https://doi.org/10.7566/JPSJ.93.024707)

【目的】
本研究ではLa(O,F)(Bi, A)S₂（A＝Pb, Sn） 単結晶での各元素量の定量を行い、その置換量による特性変化を調査することを目指す。


【用途及び実施内容】
利用装置は、電子線元素状態分析装置であり、対象物質の各元素の定量を行う。特に、微小量の置換で特性変化に大きな影響のあるPbやSnの定量を行う。

実験 / Experimental

(La_1-xNd_x)(O,F)(Bi_0.88Sn_0.12)S₂の定量分析を行った。具体的には、x量の異なる複数の試料を用意し、それぞれのSn置換量を対象装置により分析した。

結果と考察 / Results and Discussion

x=0.00、0.03、0.05、0.07の測定を行った結果、Nd置換量は仕込み値より若干高くなるものの、仕込み値の増加と共に上昇することがわかった（図a）。また、置換しているSn量も変化する可能性があるためその定量も行ったところ、Nd置換量を変化させても3-4％程度と仕込み値よりも非常に小さく、Nd量に対してほとんど変化がないことがわかった（図b）。以上から、Nd置換による特性変化は、Nd置換量の増加に伴う変化の可能性が高いことがわかった。またSn置換量は、過去の報告と同様、仕込み値よりも非常に小さな値をとることも見出した。Sn置換のない試料では超伝導特性の向上も見られないことから、この微小量のSn置換が超伝導に大きな影響を与えている可能性が高いことが本測定よりわかった。

図・表・数式 / Figures, Tables and Equations

図(a) Nd置換量に対するNd分析値 , (b) Nd置換量に対するSn分析値

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

装置の故障等の対応をいただいた担当者に感謝いたします。

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.

1. R. Muramatsu, Y. Miwa, S. Kuwahara, T. Watanabe, S. Demura, The 37th International Symposium on Superconductivity (ISS2024) , Kanazawa(Japan), 4 Dec. (2024).

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