2-7 機能性材料の理論的・実験的研究●代表者

高橋博樹（物理学科・教授）●分担者

久保康則（物理学科・教授）
石川 晃（物理学科・教授）【研究の目的および概要】
機能性材料の開発および機能性評価に関して，物理学科の関係教員が結集し，お互いに情報交換を行いながら，平成 24 年度の成果をふまえ研究を進めた。目的は以下の通りである。
1．新規超伝導材料の開発と機能性評価
2008 年に発見された鉄をベースとした新規超伝導材料について，その後の研究開発により様々な新物質が発見されてきた。その中で，反強磁性体である鉄をベースとしたスピンラダー化合物について高圧下で調べた。
2．カゴ状化合物の重い電子系の電子状態評価
最近注目が集まっている標記の化合物が示す特異な物性（重い電子系的振る舞い，強結合超伝導，多極子秩序，近藤効果）について，多中心近藤効果・多極子効果と重い電子の関係を第一原理計算により明らかにする事を目的とし計算を行った。
3．種々の雰囲気中での機能性材料を走査電子顕微鏡で観察するための「雰囲気試料室」の開発を目的とし，「雰囲気試料室」を電子顕微鏡の真空環境と隔てる耐圧性隔膜として，大気圧にも耐えられるカーボン蒸着膜を用いているが，解像度向上のために膜厚を薄くしても耐圧性を確保できる「雰囲気試料室」の開発をおこなった。
【研究の考察・反省】
1．鉄原子がはしごのように1次元的に配列したスピンラダー鉄族化合物は低温で磁気秩序を示す物質である。以前，
銅酸化物のスピンラダー化合物で高温超伝導が予測され，実際に高圧下でのみ約 15K で超伝導が示されていた。
この物質は低温で反強磁性絶縁体であるが，高圧下で超伝導の可能性を調べたところ，絶縁体から金属に転移することがわかった。現在，高圧下での結晶構造決定の実験結果解析を行っている。
2．カゴ状化合物YX4P12（X=Fe,Ru）の超伝導転移温度の圧力効果がFe,Ruのd-電子とPのp-電子の混成の違いにより，LDA での強結合近似で説明できた。一方，重い電子系としての YbCo2Zn20 のフェルミ面は LDA の範囲では dHvAによる観測振動数を再現できない。Yb の 4f 電子相間効果 U を取り入れた形での検討が必要と思われる。鉄系超伝導の母物質である LaFeAsO の圧力効果を電子フェルミ面を構成する電子状態の電荷密度分布の吟味から，超伝導転移温度の圧力依存が Fe と As のコバレンシーに関係していることを指摘した。鉄系超伝導の様々な物質についてこの方向での検討により，超伝導のメカニズムについて吟味していきたい。
3．
「雰囲気試料室」の耐圧性隔膜として，安全を考慮して 1.3 気圧まで耐える膜が必要であり，真空蒸着法によって厚さ 20nm 程度のカーボン薄膜を作製してきた。厚さを 10nm 程度で耐圧性を保持できる膜を作製するために，真空度の向上と蒸着速度の制御の向上を目指して，蒸着用カーボン棒の形状とサイズおよび加熱電流の最適化を図った。厚さ10nmで耐圧1.3気圧の隔膜が作製できるようになったが，その歩留まりは10％程度に留まっており，実用化に向けてなお作製条件の最適化が必要である。

29【研究発表】【国際会議】（高橋）“High- pressure studies for hydrogen substituted RFeAsO1-xHx（R=La, Sm）”, The International Conference on “Quantumin Complex Matter” , 2013/5/27-6/1, Ischia（Italy）（招待講演）“High-pressure studies for hydrogen substituted LaFeAsO1-xHx, and SmFeAsO1-xHx”, 18th Biennial Intl. Conference of theAPS Topical Group on Shock Compression of Condensed Matter held in conjunction with the 24th Biennial Intl. Conferenceof the Intl. Association for the Advancement of High Pressure Science and Technology（AIRAPT），2013/7/7-12, Seattle（USA）．
（久保）“Change of Electronic Associated with the Hidden-Order Transition in URu2Si2 Observed by Compton Scattering
Experiment” , 第 8 回非弾性 X 線散乱についての国際会議；2013 年 8 月 11-16 日

国際加速器研究所：アメリカ“Heavy fermion superconductivity under pressure in the quadrupole system PrTi 2Al 20”, 重い電子系国際会議（SCES2013）; 2013 年 8 月 59 日

東京大学

（石川）
“Three-dimensional Picometer-scale Motions in Aqueous Solution Visualized by Diffracted Electron Tracking”, The 57th
Annual Meeting of the Biophysical Society 2013, Philadelphia, USA, Feb. 2-6 2013
【国内学会】（高橋）
第 52 回高圧討論会，2012 年 11 月 7-9 日

大阪大学「CaFeAsH の圧力誘起超伝導と構造Ⅱ」，「重い電子系 Yb 化合物 β-YbAlB4 の圧力誘起量子臨界現象」，「Sr1.8La0.2IrO4の圧力効果」
日本物理学会2013 年秋季大会 9 月 25-28 日

徳島大学「BaFe2S3 の圧力効果」，「LaFeAsO1-xHx の圧力効果 III」，「低温高圧下における重い電子系 β-YbAlB4 の磁場依存性」
日本物理学会第 69 回年次大会 2014 年 3 月 27-30 日 東海大学

「LaFeAsO1-xHx の圧力効果」（久保）日本物理学会2013 年秋季大会 9 月 25-28 日

徳島大学「四極子秩序を示すPrT2Al20（T=Ti,V）における高圧下物性測定」，「重い電子系化合物UPd2Al3 におけるf電子の遍歴・局在性の観測：コンプトン散乱実験」，
日本物理学会第 69 回年次大会 2014 年 3 月 27-30 日 東海大学

「電子運動量密度分布から観た URu2Si2 の隠れた秩序相における 5f 電子状態」（石川）日本顕微鏡学会 69 回学術講演会 2013 年 5 月 21 日

大阪

「DET による水中のタンパク質の運動計測における試料損傷を低減する試料支持方式」

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【研究成果物】（久保）“Pressure dependence of the superconducting transition temperature of the filled skutterudite YFe4P12”, Physical Review B,
88, 024514（2013）.
“Charge Density and Bonding Properties of LaFeAsO under Pressure”, J. Phys. Soc. Jpn. 83, 024716（2014）.
“Novel Electronic States of Heavy Fermion Compound YbCo2Zn20”, J. Phys. Soc. Jpn. 83, 044703（2014）（石川）
Tracking 3D Picometer-Scale Motions of Single Nanoparticles with High Energy Electron Probes, Scientific Reports, 3,2201（2013）
Time-resolved measurement of the three-dimensional motion of gold nanocrystals in water using diffracted electron
tracking, Ultramicroscopy, 140（2014）31