JP2010111517A - 鉄系超電導物質 - Google Patents

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Abstract

【課題】
本発明は、毒性元素を用いないで超電導現象を発現させることが可能な鉄系超電導物質を提供することを目的とする。
【解決手段】
本発明の鉄系超電導物質は、以下の式１を満たすように、ＦｅＴｅ合金にＳをドープした組成よりなることを特徴とする。
＜式１＞
Ｆｅ（Ｔｅ１−ｘＳｘ）ｙ （０＜ｘ＜１， ０．８＜ｙ＜＝１）
本発明は、鉄系超電導物質において、正方晶のＰｂＯ構造（空間群Ｐ４／ｎｍｍ）を取ることを特徴とする。
【選択図】なし

Description

本発明は、鉄を主成分とした超電導現象を発現する鉄系超電導物質に関する。
２００８年初頭、東工大の細野教授のグループにより、鉄系超電導体が発見された。この発見を契機に、類似化合物に超電導体が次々と見出され、この鉄系超電導体は、新しい高温超電導体の鉱脈と期待されている。この鉄系超電導体では、鉄ヒ素、鉄リン、鉄セレン、などが作る二次元構造が超電導の起源と考えられている。そのため、これまで発見された鉄系超電導体のほとんどが、ヒ素やリン、セレンなど、毒性の強い元素を含んでいる。鉄系超電導体を応用していくためには、毒性の少ない元素で構成された新超電導体を見出すことが望まれていた。
ＡＣＴＡ ＣＨＥＭＩＣＡ ＳＣＡＮＤＩＮＡＶＩＣＡ ８，１９２７， １９４５
本発明は、このような実情に鑑み、毒性元素を用いないで超電導現象を発現させることが可能な鉄系超電導物質を提供することを目的とする。
発明１の鉄系超電導物質は、以下の式１を満たすように、ＦｅＴｅ合金にＳをドープした組成よりなることを特徴とする。
＜式１＞
Ｆｅ（Ｔｅ１−ｘＳｘ）ｙ （０＜ｘ＜１， ０．８＜ｙ＜＝１）
発明２は、発明１の鉄系超電導物質において、正方晶のＰｂＯ構造（空間群Ｐ４／ｎｍｍ）を取ることを特徴とする。
鉄系超電導体と類似構造を持つが超電導を示さない鉄テルル化合物ＦｅＴｅに着目し、そこへ硫黄を少量ドープすることで超電導を発現させる事に成功した。この鉄テルル系超電導体ＦｅＴｅ１−ｘＳｘは、ヒ素やリン、セレン等の毒性の高い元素を含まない。そのため、研究開発が容易であり、応用に適している材料であると考えられる。
また、ＦｅＴｅｙで記述できるテルルが若干欠損もしくは過剰な組成比でも安定である。
式１において、実施例の機能測定からすれば、ｘの上限は、１未満、好ましくは０．８以下、より好ましくは０．５以下とする。また、その下限は、０超、好ましくは０．０１以上、より好ましくは０．０２以上とする。
また、ｙについては０．８＜ｙ＜＝１、より好ましくは０．９＜ｙ＜＝１である。
合成方法１は、出発原料にＦｅ， Ｔｅ， Ｓを用い、組成比がＦｅＴｅ１−ｘＳｘ （ｘ＝０．１， ０．２， ０．３， ０．４， ０．５）または、Ｆｅ（Ｔｅ１−ｘＳｘ）０．９２ （ｘ＝０．１， ０．２， ０．３）になるように表１に示す比率となるように秤量して、グラインドせずに混合し、得られた原料を石英ガラス管に真空封入し、電気炉にて８００℃（５０℃単位、以下同じ）で１／２日焼成した。
原料に使用したＦｅ，Ｔｅ，Ｓ材料は、以下のものを使用した。
Ｆｅ：（株）高純度化学研究所製のＦｅ粉末であって、純度９９．９％以上、平均粒径１５０mｍの粒子。
Ｔｅ：（株）高純度化学研究所製のＴｅ粉末であって、純度９９．９％， 平均粒径１５０mｍの粒子。
Ｓ：（株）高純度化学研究所製のＳ粉末であって、純度９９％以上。
合成方法２は、出発原料にＴｅ， Ｓを用い、１：１の比で混合し、石英ガラス管に真空封入し、４００℃で１／２日焼成し、全量が反応してＴｅＳ化合物を合成した。
ＴｅＳ化合物は、灰色の粉末として得られた。
このＴｅＳ化合物は、Ｓ単独の蒸発による問題を低減する目的で、以後の合成に利用した。
得られた試料ＴｅＳとＦｅ、ＴｅをＦｅＴｅ１−ｘＳｘ （ｘ＝０．１， ０．２， ０．３）の組成比になるよう、表２に示す比率となるように秤量して、１０分程メノー乳鉢でグラインドして混合し、石英ガラス管に真空封入し、５５０〜６００℃で１／２日焼成した。得られた試料は、粉砕そして成形し、再度、石英ガラス管に真空封入し、６００℃で１／２日焼成した。
なお、ＴｅＳ化合物以外の原材料は、前記合成方法１と同様のものを使用した。
得られた試料は、Ｘ線構造解析により、正方晶のＰｂＯ構造が主成分であることを確認した。
上記方法で合成した試料は全て超電導を示した。
代表的な実験結果として、以下に図を示す。
電気抵抗率測定は４端子法を用いて行った。磁化測定はＳＱＵＩＤ磁束計を用いて行った。
合成法１で得られたサンプルに対しては、表面が黒くなっているところに４端子を設け電気抵抗率を測定した。
合成法２で得られたサンプルは焼結体で全体が同じ状態なので、ペレットを割り直方体に整形して４端子を設けた。
ＦｅＴｅと実験No.１，２の電気抵抗の温度依存性を示すグラフ。 ＦｅＴｅと実験No.１，２の電気抵抗の温度依存性を示すグラフの低温の拡大図。 ＦｅＴｅと実験No.１，２の磁化率の温度依存性。 結晶構造を示す模式図。 図１から３の測定に使用した実験No.２の写真。

Claims (2)

  1. 鉄を主成分とした超電導現象を発現する鉄系超電導物質であって、以下の式１を満たすように、ＦｅＴｅ合金にＳをドープした組成よりなることを特徴とする鉄系超電導物質。
    ＜式１＞
    Ｆｅ（Ｔｅ１−ｘＳｘ）ｙ （０＜ｘ＜１， ０．８＜ｙ＜＝１）
  2. 請求項１に記載の鉄系超電導物質において、正方晶のＰｂＯ構造（空間群Ｐ４／ｎｍｍ）を取ることを特徴とする鉄系超電導物質。
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