JP2000351632A - 硫化物スピネル系超伝導物質 - Google Patents

硫化物スピネル系超伝導物質

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Abstract

(57)【要約】 【課題】 超伝導マグネット、ジョセフソン素子、磁気
シールド、さらには、低温スイッチ素子、低温圧力素子
等の各分野への利用が期待される硫化物スピネル系の新
規超伝導物質を提供する。 【解決手段】 組成式がCu1-x nx Ir2
4 (0.25≦×≦0.8)で示される超伝導物質。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】この出願の発明は、硫化物ス
ピネル系超伝導物質に関するものである。さらに詳しく
は、この出願の発明は、新規超伝導物質であり、超伝導
マグネット、ジョセフソン素子、磁気シールド、さらに
は、低温スイッチ素子、低温圧力素子等の各分野への利
用が期待される硫化物スピネル系超伝導物質に関するも
のである。
【0002】
【従来の技術】超伝導現象は、超伝導マグネット、超伝
導電力貯蔵等の強電分野から、ジョセフソン素子、SQ
UID等のクライオエレクトロニクス素子、さらには磁
気シールド等への広範囲な分野への応用展開が期待され
ている。これまでにNb−Ti、Nb3 Sn、V3 Ge
等の金属系超伝導物質は、液体ヘリウムを使用した応用
に利用されており、近年では、Cu−O2 面を持つYB
2 Cu3 7+δ(Y−Ba−Cu−O系)、Bi2
2 CaCu2 10+ δ(Bi系)等のセラミックス系
銅酸化物超伝導物質についてもその実用化に向けての検
討が進められている。特にこの銅酸化物系超伝導物質
は、高温で超伝導特性を示すことに加え、元素置換等に
よりキャリアをドープして超伝導温度を制御できるた
め、精力的な研究がなされている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、硫化物
系物質については、銅酸化物系超伝導物質と同じ構造を
持ち、酸素のサイトがイオウに置き換わったY−Ba−
Cu−S系超伝導物質等がこれまでに報告されている
が、その超伝導特性は、銅酸化物系超伝導物質と比較す
ると、必ずしも満足できるものではない。
【0004】一方、スピネル系物質は、磁性体の中でも
最も詳しく調べられている物質であり、非常に多くの元
素組成において存在が確認されている。実用的にもスピ
ネル構造のフェライト磁石として、MFe2 4 (Mは
2価金属)等が知られている。
【0005】しかしながら、超伝導特性を示すスピネル
系物質は、LiTi2 4 、CuRh2 4 、CuRh
2 Se4 等の極僅かしか知られていない。しかも、キャ
リア注入等により超伝導特性が現れたという例はない。
【0006】この出願の発明は、以上の通りの事情に鑑
みてなされたものであり、従前の金属系及び銅酸化物系
とは異なる、全く新しい硫化物スピネル系の超伝導物質
を提供し、硫化物スピネル系物質のさらなる可能性を開
くことを目的としている。
【0007】
【課題を解決するための手段】この出願の発明は、上記
の課題を解決するものとして、組成式Cu1-x Znx
2 4 ( 0.25 ≦x≦0.8 )で示され、超伝導特性を
有する硫化物スピネル系物質であることを特徴とする硫
化物スピネル系超伝導物質(請求項1)を提供する。
【0008】またこの出願の発明は、)で示されること
(請求項2)を好ましい態様として提供するものでもあ
る。
【0009】以下、この出願の発明の硫化物スピネル系
超伝導物質についてさらに詳しく説明する。
【0010】
【発明の実施の形態】この出願の発明の硫化物スピネル
系超伝導物質は、前記組成式で示される。
【0011】CuIr2 4 は、金属−絶縁体転移を示
す硫化物スピネル系物質である。この出願の発明の発明
者らは、その金属−絶縁体転移という特性に注目し、元
素置換によりキャリア数の制御を行い、物性の変化を調
べている過程においてこの出願の発明の硫化物スピネル
系超伝導物質を見出した。
【0012】すなわち、CuIr2 4 は、 230K付近
で金属−絶縁体転移を示し、高温側が金属で、低温側が
絶縁体である。また、低温側の絶縁体相では、Cuは1
価である。この1価のCuサイトを2価のZnで置換し
た時に得られる組成式Cu1- x Znx Ir2 4 ( 0.2
5 ≦x≦0.8 )で示される硫化物スピネル系物質は、超
伝導転移を起こし、超伝導転移温度Tcにおいてマイス
ナー効果を示す超伝導特性を有するのである。
【0013】このように、この出願の発明の硫化物スピ
ネル系超伝導物質は、元素置換によりキャリアをドープ
することにより超伝導特性を発現する。従って、精力的
に研究が行われている銅酸化物系超伝導物質にも共通す
る特性を有している。
【0014】また、この出願の発明の硫化物スピネル系
超伝導物質は、約5桁近い比較的大きな抵抗値から超伝
導状態に変化し、しかも超伝導状態は、例えば100bar程
度以下の微小な圧力変化によって壊れ、抵抗値が、約7
桁までの半導体的な値にまで変化する。従って、この出
願の発明の硫化物スピネル系超伝導物質は、低温におけ
るスイッチ素子、圧力センサ等への適用の可能性を有す
る。
【0015】なお、これまでの研究によれば、この出願
の発明の硫化物スピネル系超伝導物質の超伝導特性は、
低温側の絶縁体相において出現していると考えられ、金
属−絶縁体転移に関与している可能性があると推測され
る。
【0016】そこで以下に実施例を示し、さらに詳しく
この発明について説明する。
【0017】
【実施例】<実施例1>Cu、Zn、Ir、及びSの粉
末を出発原料にし、Cuの30%をZnで置換したCu
0.7 Zn0.3 Ir2 4 の化学量論組成が得られるよう
に、それぞれの粉末を秤量した。これら粉末を石英管内
部に真空封入した。石英管については、出発原料並びに
生成物との反応を防止する目的で、その内部を弗酸処理
した後に約1000Kで空焼きをし、不純物の除去を行っ
た。
【0018】そして、石英管を約2日間かけて 850Kま
で加熱し、原料どうしを反応させた。
【0019】得られた粉末試料は、図1に示したX線粉
末回折の結果からスピネル系物質の単相であると確認さ
れる。この粉末試料からプレス機を用いてペレットを作
製し、 850Kで2日間の熱処理を行った焼結体の電気抵
抗、並びに粉末試料の帯磁率の温度依存性を調べた。そ
の結果を示したのが、図2及び図3である。図3図中に
おいて、F.C.は、field cooling の略で、磁場をか
けながら温度を降下して測定した結果を示し、一方、
Z.F.C.は、zero field coolingの略であり、磁場
をかけずに最低温度まで下げた後に磁場をかけて測定し
た結果を示している。
【0020】図2に示した電気抵抗曲線より超伝導転移
温度Tcは約 3.0Kであり、また、図3の帯磁率曲線か
ら、超伝導転移温度Tc(= 3.0K)においてマイスナ
ー効果が磁化率の測定で観測される。このことから、組
成式Cu0.7 Zn0.3 Ir24 で示される硫化物スピ
ネル系物質は超伝導物質であると認められる。
【0021】また、図2の電気抵抗曲線から確認される
ように、約5桁近い比較的大きな抵抗値から超伝導状態
に変化している。しかも超伝導状態は、100bar程度の微
小な圧力を加えることにより壊れ、抵抗値が、約7桁ま
での半導体的な値にまで変化する。 <実施例2>ZnによるCuの置換割合を代え、上記と
同様にして試料を作製し、超伝導転移温度Tc並びに金
属−絶縁体転移温度TM-I のZn濃度依存性について調
べた。その結果を示したのが図4である。組成式Cu
1-x Znx Ir2 4 において 0.25 ≦x≦0.8 の範囲
で超伝導物質が得られることが確認された。
【0022】図5および図6は、xが0.6 〜0.9 につい
て温度−抵抗の関係の変化を示したものであるが、x=
0.85、x=0.9 では超伝導特性は得られず、x=0.8 ま
で超伝導特性が得られることが示されている。
【0023】もちろんこの出願の発明は、以上の実施例
によって限定されるものではない。ZnによるCuの置
換割合、超伝導物質の作製方法等の細部については様々
な態様が可能であることは言うまでもない。
【0024】
【発明の効果】以上詳しく説明した通り、この出願の発
明によって、硫化物スピネル系の新規超伝導物質が提供
される。この硫化物スピネル系伝導物質は、元素置換に
よりキャリアをドープすることにより超伝導特性を発現
するため、銅酸化物系超伝導物質にも共通する特性を有
しており、超伝導マグネット、ジョセフソン素子、磁気
シールド、さらには、低温スイッチ素子、低温圧力素子
等の各分野への利用が期待される。
【図面の簡単な説明】
【図1】組成式Cu0.7 Zn0.3 Ir2 4 で示される
硫化物スピネル系物質のX線粉末回線図である。
【図2】組成式Cu0.7 Zn0.3 Ir2 4 で示される
硫化物スピネル系物質の電気抵抗の温度依存性を示した
図である。
【図3】組成式Cu0.7 Zn0.3 Ir2 4 で示される
硫化物スピネル系物質の帯磁率の温度依存性を示した図
である。
【図4】組成式Cu1-x Znx Ir2 4 で示される硫
化物スピネル系物質の超伝導転移温度Tc並びに金属−
絶縁体転移温度TM-I のZn濃度依存性を示す相関図で
ある。
【図5】組成式Cu1-x nx Ir2 4 (X=0.6
〜0.85)の硫化物スピネル系物質の電気抵抗の温度
依存性を示した図である。
【図6】組成式Cu1-x nx Ir2 4 (X=0.6
〜0.9)の硫化物スピネル系物質の電気抵抗の温度依
存性を示した図である。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 組成式Cu1-x Znx Ir2 4 ( 0.2
    5 ≦x≦0.8 )で示され、超伝導特性を有する硫化物ス
    ピネル系物質であることを特徴とする硫化物スピネル系
    超伝導物質。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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