JP2015127280A - Phosphorus compound and use thereof - Google Patents

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良行 吉田
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彰 伊豫
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茂之 石田
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邦彦 岡
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裕司 藤久
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a new phosphorus compound useful also for an application as a nonsuperconductor portion of a superconductor-nonsuperconductor junction.SOLUTION: The phosphorus compound has a PbFCl type crystal structure, and a chemical composition represented by the formula APX, where A is one or more elements selected from group 1 elements, group 2 elements, group 3 elements, group 4 elements, group 5 elements and group 6 elements, and X is one or more elements selected from group 14 elements, group 15 elements and group 16 elements, excluding the combination of A=Zr and X=S.

Description

本発明は、燐化合物およびその利用に関する。   The present invention relates to phosphorus compounds and uses thereof.

これまでに、PbFCl型結晶構造を有する燐化物系金属間化合物超伝導体MoRuP(超伝導転移温度T=15K)およびZrRuP(T=13K)などが報告されている(非特許文献1および2参照)。 So far, phosphide-based intermetallic compound superconductors MoRuP (superconducting transition temperature T c = 15K) and ZrRuP (T c = 13K) having a PbFCl type crystal structure have been reported (Non-Patent Document 1 and 2).

また、上記燐化物系金属間化合物超伝導体とは別の系の燐化合物であるZrP1.40.6は、PbFCl型結晶構造を有することが報告されている(非特許文献3参照)。 Further, ZrP 1.4 S 0.6, which is a phosphorus compound different from the phosphide-based intermetallic superconductor, has been reported to have a PbFCl type crystal structure (see Non-Patent Document 3). ).

Ichimin Shirotani,et.al.,”Superconductivity and crystal structure of ZrRu1−xRhxP alloy prepared at high pressure”,Journal of Physics:Condensed Matter 13(2001)9393−9400,Printed in the UK.Ichimin Shirotani, et. al. , “Superconductivity and crystal structure of ZrRu1-xRhxP allotted pre-prepared at high pressure”, Journal of Physics, 3rd. I.Shirotani,M.Takaya,I.Kaneko,C.Sekine,T.Yagi,”Superconductivity of MRuP and MNiP(M=Mo or W)prepared at high pressure”,Solid State Communications 116(2000)683−686.I. Shirotani, M .; Takaya, I .; Kaneko, C.I. Sekine, T .; Yagi, “Superconductivity of MRuP and MNiP (M = Moor W) prepared at high pressure”, Solid State Communications 116 (2000) 683-686. Andreas Schlechte,Katrin Meier,Rainer Niewa,Yurii Prots,Marcus Schmidt and Rudiger Kniep,”Crystal structure of zirconium phosphide sulphide,ZrP1.4S0.6”,Z.Kristallogr.NCS 224(2009)375−376.Andrew Schlechte, Katrin Meier, Rainer Niewa, Yurii Prots, Marcus Schmidt and Rudiger Knipe, “Crystal structure of zirconium phsph. Kristallogr. NCS 224 (2009) 375-376.

上述のMoRuPおよびZrRuPに代表される燐化物系金属間化合物超伝導体は、斜方晶系の結晶構造を有する。これらの燐化物系金属間化合物超伝導体の格子定数と、たとえばMgO単結晶の格子定数とは、大きくことなることが知られている。したがって、上記燐化物系金属間化合物超伝導体は、MgOなどの単結晶基板上に薄膜積層化することは困難である。   The above-described phosphide-based intermetallic compound superconductors represented by MoRuP and ZrRuP have an orthorhombic crystal structure. It is known that the lattice constant of these phosphide-based intermetallic compound superconductors and, for example, the lattice constant of MgO single crystals vary greatly. Therefore, it is difficult to form the phosphide-based intermetallic compound superconductor on a single crystal substrate such as MgO.

従って、これまでに報告されているMoRuP系又はZrRuP系の金属間化合物超伝導体の特性に関する報告はあるが、これを具体的に薄膜化する技術に際して薄膜積層に適した基板材料がないため、基板への積層化が困難であり、具体的にこれらの材料を使用した超伝導素子としての報告が皆無に等しい状況であった。したがって、これらの化合物を用いた超伝導素子を作製にあたっては、例えば、超伝導トランジスター等にみられる超伝導-非超伝導体の接合における非超伝導体部分に用いる材料までも検討しなければならない。   Therefore, although there are reports on the properties of MoRuP-based or ZrRuP-based intermetallic compound superconductors that have been reported so far, there is no substrate material suitable for thin-film stacking in the technology for specifically thinning this, It was difficult to form a laminate on a substrate, and there were no reports of superconducting elements using these materials. Therefore, when fabricating a superconducting device using these compounds, for example, the materials used for the non-superconductor portion in the superconducting-nonsuperconducting junction found in superconducting transistors must also be considered. .

本発明は、上記課題を鑑みてなされたものであり、その目的は、超伝導素子の作製に際して、例えば超伝導トランジスター等にみられる超伝導-非超伝導体の接合における非超伝導体部分に用いる場合にも有用である新たな燐化合物を提供することである。   The present invention has been made in view of the above problems, and its purpose is to provide a non-superconductor portion in a superconducting-nonsuperconductor junction found in, for example, a superconducting transistor in the production of a superconducting element. It is to provide a new phosphorus compound that is also useful when used.

上記の課題を解決するために、本発明の一態様に係る燐化合物は、PbFCl型結晶構造を有し、化学組成が式APX(A=第1族元素、第2族元素、第3族元素、第4族元素、第5族元素及び第6族元素から選択される1以上の元素、X=第14族元素、第15族元素、第16族元素から選択される1以上の元素)(ただし、A=Zrであり、且つ、X=Sであるものを除く)で示される化合物である。   In order to solve the above problems, a phosphorus compound according to one embodiment of the present invention has a PbFCl type crystal structure and has a chemical composition of the formula APX (A = Group 1 element, Group 2 element, Group 3 element) , One or more elements selected from Group 4 elements, Group 5 elements and Group 6 elements, X = one or more elements selected from Group 14 elements, Group 15 elements and Group 16 elements) ( Provided that A = Zr and X = S are excluded).

上記の課題を解決するために、本発明の一態様に係る燐化合物の製造方法は、A、P及びX(A=第1族元素、第2族元素、第3族元素、第4族元素、第5族元素及び第6族元素から選択される1以上の元素、X=第14族元素、第15族元素及び第16族元素から選択される1以上の元素)のそれぞれの材料を不活性ガス雰囲気中で混合した後、1,000℃〜2,000℃で、常圧下から5Gpaの圧力下で合成する。   In order to solve the above problems, a method for manufacturing a phosphorus compound according to one embodiment of the present invention includes A, P, and X (A = Group 1 element, Group 2 element, Group 3 element, Group 4 element) , One or more elements selected from Group 5 elements and Group 6 elements, and X = one or more elements selected from Group 14 elements, Group 15 elements and Group 16 elements). After mixing in an active gas atmosphere, the synthesis is performed at 1,000 to 2,000 ° C. under normal pressure to 5 Gpa.

本発明は、超伝導素子の作製に際して、例えば超伝導トランジスター等にみられる超伝導−非超伝導体の接合における非超伝導体部分に用いる場合にも有用である新たな燐化合物を提供する。   The present invention provides a new phosphorus compound that is also useful in the production of a superconducting device, for example, when used in a non-superconductor portion in a superconducting-nonsuperconductor junction found in superconducting transistors and the like.

本発明の一実施形態に係る燐化合物の結晶構造を示す図である。It is a figure which shows the crystal structure of the phosphorus compound which concerns on one Embodiment of this invention. 本発明の実施例1に係るZrP1.25Se0.75のX線回折パターンを示す図である。Is a diagram showing an X-ray diffraction pattern of ZrP 1.25 Se 0.75 according to Example 1 of the present invention. 本発明の実施例1に係るZrP1.4Se0.6のリートベルト解析結果を示す図である。It is a diagram illustrating a Rietveld analysis result of ZrP 1.4 Se 0.6 according to Example 1 of the present invention. 本発明の実施例1に係るZrP1.4Se0.6のリートベルト解析結果を示す別の図である。Is another diagram showing the Rietveld analysis results of ZrP 1.4 Se 0.6 according to Example 1 of the present invention. 本発明の実施例1に係るZrP2−xSeの格子定数のx依存性を示す図である。Is a diagram showing an x dependence of the lattice constant of ZrP 2-x Se x according to a first embodiment of the present invention. 本発明の実施例1に係るZrP1.25Se0.75の抵抗率の温度依存性を示す図である。The temperature dependence of the resistivity of Example ZrP 1.25 Se 0.75 according to 1 of the present invention. FIG. 本発明の実施例1に係るZrP1.35Se0.65およびZrP0.4Se1.40の磁化の温度依存性を示す図である。It is a graph showing the temperature dependence of the magnetization of ZrP 1.35 Se 0.65 and ZrP 0.4 Se 1.40 according to a first embodiment of the present invention. 本発明の実施例1に係るZrP2−xSe、および、実施例2に係るZrP2−xの超伝導転移温度のx依存性を示す図である。 ZrP 2-x Se x according to a first embodiment of the present invention, and a diagram showing the x dependency of the superconducting transition temperature of ZrP 2-x S x according to the second embodiment. 本発明の実施例2に係るZrP1.60.4、ZrP1.40.6およびZrP1.250.75のX線回折パターンを示す図である。 ZrP 1.6 S 0.4 according to Example 2 of the present invention, is a diagram showing an X-ray diffraction pattern of ZrP 1.4 S 0.6 and ZrP 1.25 S 0.75. 本発明の実施例3に係るHfP2−xのX線回折パターンを示す図である。Is a diagram showing an X-ray diffraction pattern of HfP 2-x S x according to a third embodiment of the present invention. 本発明の実施例3に係るHfP2−xの格子定数のx依存性を示す図である。It is a diagram showing an x dependence of the lattice constant of HfP 2-x S x according to a third embodiment of the present invention. 本発明の実施例4に係るHfP2−xSeのX線回折パターンを示す図である。Is a diagram showing an X-ray diffraction pattern of HfP 2-x Se x according to a fourth embodiment of the present invention. 本発明の実施例4に係るHfP2−xSeの格子定数のx依存性を示す図である。Is a diagram showing an x dependence of the lattice constant of HfP 2-x Se x according to a fourth embodiment of the present invention. 本発明の実施例4に係るHfP2−xSeの磁化率の温度依存性を示す図である。(a)はHfP1.3Se0.7を示し、(b)はHfP1.4Se0.6を示し、(c)はHfP1.5Se0.5を示し、(d)はHfP1.6Se0.4を示し、(e)はHfP1.7Se0.3を示す。Is a graph showing the temperature dependence of the magnetic susceptibility of HfP 2-x Se x according to a fourth embodiment of the present invention. (A) shows HfP 1.3 Se 0.7 , (b) shows HfP 1.4 Se 0.6 , (c) shows HfP 1.5 Se 0.5 , (d) shows HfP 1.6 Se 0.4 is shown, (e) shows HfP 1.7 Se 0.3 . 本発明の実施例4に係るHfP2−xSeの超伝導転移温度のx依存性を示す図である。It is a diagram showing an x dependence of the superconducting transition temperature of HfP 2-x Se x according to a fourth embodiment of the present invention.

〔燐化合物〕
本発明に係る燐化合物は、PbFCl型結晶構造を有し、化学組成が式APX(A=第1族元素、第2族元素、第3族元素、第4族元素、第5族元素及び第6族元素から選択される1以上の元素、X=第14族元素、第15族元素、第16族元素から選択される1以上の元素)(ただし、A=Zrであり、且つ、X=Sであるものを除く)で示される化合物である。
[Phosphorus compounds]
The phosphorus compound according to the present invention has a PbFCl type crystal structure and has a chemical composition of the formula APX (A = Group 1 element, Group 2 element, Group 3 element, Group 4 element, Group 5 element and Group A One or more elements selected from Group 6 elements, X = one or more elements selected from Group 14 elements, Group 15 elements, and Group 16 elements (where A = Zr and X = (Excluding those that are S).

A、P、Xのモル比率は限定されるものではなく、格子欠陥等により組成変動があってもよいが、好ましくは1:1:1である。詳しくは実施例1に後述するが、本発明に係る燐化合物APXは、その組成比A:P:Xが1:1:1の化学量論的組成比からずれても、PbFCl型結晶構造を安定に保持できる。   The molar ratio of A, P, and X is not limited and may vary in composition due to lattice defects or the like, but is preferably 1: 1: 1. Although details will be described later in Example 1, the phosphorus compound APX according to the present invention has a PbFCl type crystal structure even when the composition ratio A: P: X deviates from the stoichiometric composition ratio of 1: 1: 1. It can be held stably.

図1に、本発明に係る燐化合物の一例の結晶構造を示す。図1の燐化合物のように、本発明の燐化合物は、Aが占有するサイト(Aサイト)、Pが占有するサイト(Pサイト)、Xが占有するサイト(Xサイト)によって形成されている。本発明に係る燐化合物において、Pサイトは、二次元正方格子を形成している。なお、本発明に係る燐化合物において、Xサイトの一部は、Pによって置換されていてもよい。また、Pサイトの一部は、Xによって置換されていてもよい。   FIG. 1 shows a crystal structure of an example of the phosphorus compound according to the present invention. As shown in FIG. 1, the phosphorus compound of the present invention is formed by a site occupied by A (A site), a site occupied by P (P site), and a site occupied by X (X site). . In the phosphorus compound according to the present invention, the P site forms a two-dimensional square lattice. In the phosphorus compound according to the present invention, part of the X site may be substituted with P. A part of the P site may be replaced by X.

本発明に係る燐化合物は、化学組成が式(A1−wA’1−t1−u(X1−zX’1−v(但し、A=Ti、Zr及びHfから選択される1以上の元素、A’は第1族元素、第2族元素、第3族元素、第4族元素、第5族元素及び第6族元素から選択される1以上の元素又はランタノイド元素及びアクチノイド元素から選択される1種類以上の元素であり、Xは第14族元素、第15族元素及び第16族元素から選択される1種類以上の元素であり、X’は第14族元素、第15族元素及び第16族元素から選択される1種類以上の元素であり、0≦w<1、0≦z<1(置換がある場合)、0≦t<1、0≦u<1、0≦v<1(格子欠陥がある場合)であることがより好ましい。 Phosphorus compound according to the present invention, the chemical composition formula (A 1-w A 'w ) 1-t P 1-u (X 1-z X' z) 1-v ( where, A = Ti, Zr and Hf One or more elements selected from: A ′ is one or more elements selected from Group 1 elements, Group 2 elements, Group 3 elements, Group 4 elements, Group 5 elements and Group 6 elements or One or more elements selected from a lanthanoid element and an actinoid element, X is one or more elements selected from a Group 14 element, a Group 15 element, and a Group 16 element, and X ′ is a 14th element. One or more elements selected from group elements, group 15 elements and group 16 elements, 0 ≦ w <1, 0 ≦ z <1 (if any), 0 ≦ t <1, 0 ≦ It is more preferable that u <1, 0 ≦ v <1 (when there is a lattice defect).

式(A1−wA’1−t1−u(X1−zX’1−vで表される燐化合物は、式APXで表される燐化合物におけるAの一部をA’で、及び、Xの一部をX’で置換したものである。言い換えれば、式(A1−wA’1−t1−u(X1−zX’1−vで表される燐化合物は、図1に示すAサイト2の一部をA’で、Xサイト4の一部をX’で置換したものである。式(A1−wA’1−t1−u(X1−zX’1−vで表される燐化合物は、式APXで表される燐化合物と同様に、PbFCl型結晶構造を有すると考えられる。 The phosphorus compound represented by the formula (A 1-w A ′ w ) 1-t P 1-u (X 1-z X ′ z ) 1-v is a part of A in the phosphorus compound represented by the formula APX Is replaced with A ′, and a part of X is replaced with X ′. In other words, the phosphorus compound represented by the formula (A 1-w A ′ w ) 1-t P 1-u (X 1−z X ′ z ) 1-v is a part of the A site 2 shown in FIG. Is replaced with A ′ and a part of the X site 4 is replaced with X ′. The phosphorus compound represented by the formula (A 1-w A ′ w ) 1-t P 1-u (X 1-z X ′ z ) 1-v is similar to the phosphorus compound represented by the formula APX as PbFCl. It is considered to have a type crystal structure.

式(A1−wA’1−t1−u(X1−zX’1−vで表される燐化合物の具体例としては、A=Zr、A’=Nb、w=0.5、X=Se、X’=Te、および、z=0.5とした(Zr0.5Nb0.5)P(Se0.5Te0.5)などが挙げられる。ZrP2−xSeを用いたX線回折パターンの測定結果より、ZrP2−xSeの格子定数aおよびcは、X原子の置換量に対して線形に変化することが分かる。このことから、AをA’で置換し、XをX’で置換した式(A1−wA’1−t1−u(X1−zX’1−vで表される燐化合物は、PbFCl型結晶構造を有すると考えられる。 Specific examples of the phosphorus compound represented by the formula (A 1-w A ′ w ) 1-t P 1-u (X 1-z X ′ z ) 1-v include A = Zr, A ′ = Nb, (Zr 0.5 Nb 0.5 ) P (Se 0.5 Te 0.5 ) with w = 0.5, X = Se, X ′ = Te, and z = 0.5. ZrP from 2-x Se x measurement results of X-ray diffraction pattern using lattice constants a and c of ZrP 2-x Se x, it is found that changes linearly with respect to the substitution ratio of X atoms. From this, it is represented by the formula (A 1-w A ′ w ) 1-t P 1-u (X 1−z X ′ z ) 1-v in which A is replaced with A ′ and X is replaced with X ′. The phosphorous compound is considered to have a PbFCl type crystal structure.

また、上記AがZrであり、且つ、上記XがSeであるものがさらに好ましい。また、上記AがHfであり、且つ、上記XがSe若しくはSであるものもさらに好ましい。   Further, it is more preferable that A is Zr and X is Se. More preferably, the A is Hf and the X is Se or S.

また、本発明に係る燐化合物は、格子定数がa=3.5〜3.9Å、c=7.7〜8.1Åであるものがより好ましい。   Further, the phosphorus compound according to the present invention is more preferably one having a lattice constant of a = 3.5 to 3.93 and c = 7.7 to 8.1Å.

また、本発明に係る燐化合物は、室温で0.3〜0.5mΩ・cmの導電性を示すものであることがより好ましい。このような性質を有することで、本発明に係る燐化合物は、たとえば配線などの導電体として利用することができる。本発明に係る燐化合物においてAがZrであり、XがSeであり、また、仕込み組成比がZr:P:Se=1:1.25:0.75であるとき、当該燐化合物は、室温で0.3〜0.5mΩ・cmの導電性を示すものとなる。   Further, the phosphorus compound according to the present invention more preferably exhibits a conductivity of 0.3 to 0.5 mΩ · cm at room temperature. By having such properties, the phosphorus compound according to the present invention can be used as a conductor such as a wiring. In the phosphorus compound according to the present invention, when A is Zr, X is Se, and the charged composition ratio is Zr: P: Se = 1: 1.25: 0.75, the phosphorus compound is The conductivity is 0.3 to 0.5 mΩ · cm.

また、本発明に係る燐化合物は、室温以下50Kの低温まで金属的挙動を示すものであることがより好ましい。このような性質を有することで、本発明に係る燐化合物を、抵抗温度計に用いる材料として利用できるという利点がある。本発明に係る燐化合物においてAがZrであり、XがSeであり、また、仕込み組成比がZr:P:Se=1:1.25:0.75であるとき、当該燐化合物は、室温以下50Kの低温まで金属的挙動を示すものとなる。   Moreover, it is more preferable that the phosphorus compound according to the present invention exhibits a metallic behavior up to a low temperature of 50K or less at room temperature. By having such properties, there is an advantage that the phosphorus compound according to the present invention can be used as a material used for a resistance thermometer. In the phosphorus compound according to the present invention, when A is Zr, X is Se, and the charged composition ratio is Zr: P: Se = 1: 1.25: 0.75, the phosphorus compound is Below, it will exhibit metallic behavior up to a low temperature of 50K.

また、本発明に係る燐化合物は、50K未満で超伝導性を示すものであることがより好ましい。このような性質を有することで、たとえば超伝導素子に利用できるという利点がある。   Moreover, it is more preferable that the phosphorus compound according to the present invention exhibits superconductivity at less than 50K. By having such a property, there exists an advantage that it can utilize for a superconducting element, for example.

また、本発明に係る燐化合物は、50K以上で非磁性を示すものであることがより好ましい。言い換えれば、超伝導性を示さない温度領域で非磁性を示すものであることがより好ましい。このような性質を有することで、磁気に敏感な超伝導素子間を電気的に接続する配線などに利用できるという利点がある。   The phosphorus compound according to the present invention is more preferably nonmagnetic at 50K or more. In other words, it is more preferable that it exhibits non-magnetism in a temperature region that does not exhibit superconductivity. By having such a property, there is an advantage that it can be used for wiring for electrically connecting between superconducting elements sensitive to magnetism.

〔超伝導物質としての利用〕
PbFCl型結晶構造を有し、化学組成が式APX(A=第1族元素、第2族元素、第3族元素、第4族元素、第5族元素及び第6族元素から選択される1以上の元素、X=第14族元素、第15族元素、第16族元素から選択される1以上の元素)で示される化合物は超伝導状態とすることができる。よって、当該化合物であって超伝導状態にある燐化合物も本発明の範疇である。
[Use as superconducting material]
It has a PbFCl type crystal structure, and its chemical composition is selected from the formula APX (A = Group 1 element, Group 2 element, Group 3 element, Group 4 element, Group 5 element and Group 6 element 1 A compound represented by the above element, X = one or more elements selected from Group 14 element, Group 15 element, and Group 16 element) can be in a superconducting state. Therefore, the phosphorus compound which is the said compound and exists in a superconductive state is also the category of this invention.

超伝導状態にするための条件は、それぞれの化合物において、低温状態に置き、温度を下げていくことで、当業者であれば見出すことができる。   The conditions for achieving the superconducting state can be found by those skilled in the art by placing each compound in a low temperature state and lowering the temperature.

〔製造方法〕
本発明に係る燐化合物の製造方法は、A、P及びX(A=第1族元素、第2族元素、第3族元素、第4族元素、第5族元素及び第6族元素から選択される1以上の元素、X=第14族元素、第15族元素及び第16族元素から選択される1以上の元素)のそれぞれの材料を不活性ガス雰囲気中で混合した後、1,000℃〜2,000℃で、常圧下から5Gpaの圧力下で合成する。
〔Production method〕
The method for producing a phosphorus compound according to the present invention is selected from A, P and X (A = Group 1 element, Group 2 element, Group 3 element, Group 4 element, Group 5 element and Group 6 element) 1 or more elements, X = one or more elements selected from Group 14 element, Group 15 element and Group 16 element) are mixed in an inert gas atmosphere, and then 1,000 The synthesis is performed at a temperature of 2,000 to 2,000 ° C. under normal pressure to 5 Gpa.

不活性ガスとしては、例えば、Nガス、Arガス、COガス等が挙げられる。 Examples of the inert gas include N 2 gas, Ar gas, CO 2 gas, and the like.

燐化合物を合成するための材料(以下において、出発原料とも表記する)として、金属粉末原料を好適に利用可能である。なお、出発原料は、金属粉末原料に限定されるものではなく、塊状の金属材料であってもよい。また、還元雰囲気下とも表現できる密閉された環境において合成を行う場合には、酸化物原料を出発原料として利用可能である。酸化物材料を出発原料として利用する場合には、出発原料の酸化度に応じて、合成時の還元雰囲気を適宜調整すればよい。   As a material for synthesizing a phosphorus compound (hereinafter also referred to as a starting material), a metal powder material can be suitably used. The starting material is not limited to the metal powder material, but may be a bulk metal material. In addition, when the synthesis is performed in a sealed environment that can be expressed as a reducing atmosphere, an oxide raw material can be used as a starting raw material. When an oxide material is used as a starting material, the reducing atmosphere at the time of synthesis may be appropriately adjusted according to the degree of oxidation of the starting material.

出発原料は、不活性ガスを満たしたグローブボックス内において、メノウの乳鉢にA、P及びXの出発原料を入れ、メノウの乳棒を用いることによって混合することが好ましい。不活性ガス中において出発原料の混合を行うことによって、燐が酸素と反応し燃焼することを避けることができる。なお、出発原料の混合方法は、上記方法に限定されるものではなく、不活性ガスを充満させた室内において、巨大攪拌機を用いて混合してもよい。   It is preferable that the starting materials are mixed by putting A, P and X starting materials in an agate mortar and using an agate pestle in a glove box filled with an inert gas. By mixing the starting materials in an inert gas, it is possible to avoid phosphorus reacting with oxygen and burning. In addition, the mixing method of a starting material is not limited to the said method, You may mix using a giant stirrer in the room filled with the inert gas.

混合されたA、P及びXの材料は、1000℃〜2000℃の温度範囲内、かつ、常圧〜5GPaの圧力下において合成する。合成方法の一例として、高圧合成方法を用いることができる。高圧合成方法に用いる高圧合成装置として、例えば汎用の多重アンビル型700ton超高圧高温発生装置(理研機器株式会社製 CAP−07)を用いてもよい。また、別の合成装置としては、たとえばホットプレスなどの高圧装置を用いてもよい。本発明に係る燐化合物の製造方法において利用する合成装置は、合成時の材料の温度および圧力を所望の数値に制御可能なものであればよく、特に限定されるものではない。なお、本実施形態においては、高圧合成装置として理研機器株式会社製 CAP−07を用いるものとして説明する。   The mixed materials A, P and X are synthesized in a temperature range of 1000 ° C. to 2000 ° C. and under a pressure of normal pressure to 5 GPa. As an example of the synthesis method, a high-pressure synthesis method can be used. As a high-pressure synthesizer used for the high-pressure synthesis method, for example, a general-purpose multiple anvil type 700 ton ultra-high pressure and high temperature generator (CAP-07 manufactured by Riken Kikai Co., Ltd.) may be used. Further, as another synthesis apparatus, for example, a high pressure apparatus such as a hot press may be used. The synthesis apparatus used in the method for producing a phosphorus compound according to the present invention is not particularly limited as long as the temperature and pressure of the material at the time of synthesis can be controlled to desired numerical values. In the present embodiment, description will be made assuming that CAP-07 manufactured by Riken Kikai Co., Ltd. is used as the high-pressure synthesis apparatus.

混合されたA、P及びXの材料を充填する試料合成用セルは、燐化合物の合成時において、混合された材料と反応しにくい材料によって構成されることが好ましい。好ましい試料合成用セルの例として、窒化ホウ素(BN)からなるBNセル、炭素(C)からなるCセルが挙げられるが、これらに限定されるものではない。   The sample synthesis cell filled with the mixed materials A, P and X is preferably made of a material that hardly reacts with the mixed material during the synthesis of the phosphorus compound. Examples of preferred sample synthesis cells include, but are not limited to, a BN cell made of boron nitride (BN) and a C cell made of carbon (C).

本発明に係る燐化合物を高圧合成方法に用いる合成する場合、合成時の温度条件は、1000℃〜2000℃の範囲内であることが好ましい。また、合成時の圧力条件は、1GPa〜5GPaの範囲内であることが好ましい。燐の蒸気圧は、他のAおよびXの蒸気圧と比較して高いが、圧力条件を1GPa〜5GPaの範囲内にすることによって、燐の欠損を抑制し、所望の組成比を有する燐化合物を合成することができる。また、上記温度条件および圧力条件の保持時間は、30分〜3時間の範囲内であることが好ましく、合成後の試料は、急冷されることが好ましい。   When synthesizing using the phosphorus compound according to the present invention in a high-pressure synthesis method, the temperature condition during synthesis is preferably in the range of 1000 ° C to 2000 ° C. Moreover, it is preferable that the pressure conditions at the time of a synthesis | combination are in the range of 1GPa-5GPa. The vapor pressure of phosphorus is higher than the vapor pressures of other A and X. However, by setting the pressure condition within the range of 1 GPa to 5 GPa, phosphorus deficiency is suppressed, and a phosphorus compound having a desired composition ratio Can be synthesized. Moreover, it is preferable that the holding time of the said temperature conditions and pressure conditions exists in the range of 30 minutes-3 hours, and it is preferable that the sample after a synthesis | combination is rapidly cooled.

なお、上述の各条件は、混合された材料を高圧合成装置を用いて合成する場合のものである。高圧合成装置の代わりに、密閉容器に代表される閉鎖系において混合された材料を加熱することによっても、本発明に係る燐化合物を合成可能である。ここで、密閉容器とは、蓋をしたるつぼが例として挙げられる。また、本発明に係る燐化合物は、(1)常圧下における固相反応法、(2)焼結助剤を使用した普通燃焼法などを用いても合成可能である。固相反応法を用いる場合、圧力条件は、常圧下のみに限定されるものではなく、減圧下または加圧下であってもよい。また、本発明に係る燐化合物は、スパッタリング法、MO−CVD法などを用いても合成可能である。   The above-mentioned conditions are for the case where the mixed materials are synthesized using a high-pressure synthesizer. Instead of the high-pressure synthesizer, the phosphorus compound according to the present invention can be synthesized also by heating the mixed material in a closed system typified by a closed vessel. Here, an example of the closed container is a crucible with a lid. The phosphorus compound according to the present invention can also be synthesized by using (1) a solid phase reaction method under normal pressure, or (2) a normal combustion method using a sintering aid. When using the solid-phase reaction method, the pressure condition is not limited to normal pressure, and may be under reduced pressure or under pressure. The phosphorus compound according to the present invention can also be synthesized using a sputtering method, an MO-CVD method, or the like.

〔結晶構造〕
上記製造方法によって得られた燐化合物は、図1に示すPbFCl型結晶構造を有する。本発明に係る燐化合物におけるa軸方向の格子定数aは、a=3.5〜3.9Åの範囲内であることが好ましく、c軸方向の格子定数cは、c=7.7〜8.1Åの範囲内であることが好ましい。結晶構造解析の具体的な方法および結果については、実施例にて後述する。
〔Crystal structure〕
The phosphorus compound obtained by the above manufacturing method has a PbFCl type crystal structure shown in FIG. The lattice constant a in the a-axis direction in the phosphorus compound according to the present invention is preferably in the range of a = 3.5 to 3.9Å, and the lattice constant c in the c-axis direction is c = 7.7 to 8 It is preferable to be within the range of 1 cm. Specific methods and results of crystal structure analysis will be described later in Examples.

超伝導体を含む薄膜の層を積層構造化する際、積層する薄膜の格子定数と、基板に用いる単結晶の格子定数との間にミスマッチがあると、積層化される薄膜に歪みが生じる。当該歪みは、積層される超伝導体層の超伝導転移温度(以下においてTとも表記する)を低下させるなど、超伝導体の超伝導特性を劣化させる。本発明の一態様に係る燐化合物を、基板と超伝導体層との間に配置する中間層として用いることによって、積層する薄膜の格子定数と、基板に用いる単結晶の格子定数との間にミスマッチを低減し、その結果として、積層される超伝導体層における超伝導特性の劣化を抑制することができる。 When a thin film layer containing a superconductor has a laminated structure, if there is a mismatch between the lattice constant of the thin film to be laminated and the lattice constant of a single crystal used for the substrate, the thin film to be laminated is distorted. The strain degrades the superconducting properties of the superconductor, such as reducing the superconducting transition temperature (hereinafter also referred to as Tc ) of the superconductor layer to be laminated. By using the phosphorus compound according to one embodiment of the present invention as an intermediate layer disposed between the substrate and the superconductor layer, the lattice constant of the thin film to be stacked and the lattice constant of the single crystal used for the substrate are reduced. The mismatch can be reduced, and as a result, deterioration of superconducting characteristics in the superconductor layer to be stacked can be suppressed.

〔超伝導特性と格子定数〕
本発明に係る燐化合物が示す超伝導特性は、二次元正方格子を形成するPサイトの原子間距離に依存していると考えられる。本発明に係る燐化合物において、格子定数aおよびcは、Aサイトを占有するA、および、Xサイトを占有するXを選択することによって、上述の範囲内において変化させることができる。また、格子定数aおよびcは、Xサイトを置換するPの置換量を変化させることによっても、上述の範囲内において変化させることができる。したがって、本発明に係る燐化合物において、AおよびXの選択、ならびに、Xサイトを置換するPの置換量を選択することによって、その超伝導特性、より具体的にはTを制御することができる。
[Superconductivity and lattice constant]
It is considered that the superconducting property exhibited by the phosphorus compound according to the present invention depends on the inter-atomic distance between P sites forming a two-dimensional square lattice. In the phosphorus compound according to the present invention, the lattice constants a and c can be changed within the above-mentioned range by selecting A that occupies the A site and X that occupies the X site. The lattice constants a and c can also be changed within the above-mentioned range by changing the amount of substitution of P that substitutes the X site. Therefore, in the phosphorus compound according to the present invention, the superconducting properties, more specifically, T c, can be controlled by selecting A and X and selecting the substitution amount of P that substitutes the X site. it can.

〔用途〕
本発明に係る燐化合物は電子材料、触媒材料、高硬度材料、耐摩耗性材料及び耐熱材料等の材料として利用できる。
[Use]
The phosphorus compound according to the present invention can be used as a material such as an electronic material, a catalyst material, a high hardness material, an abrasion resistant material, and a heat resistant material.

本発明に係る燐化合物は、上述の通り室温において抵抗率(以下においてρとも表現する)が0.3〜0.5mΩ・cmの程度の非超伝導体である。本発明の一態様に係る燐化合物の電子輸送特性は、室温〜Tcまでの温度領域において金属的な振る舞いを示す。式APXまたは式(A1−wA’1−t1−u(X1−zX’1−vで表される組成によって異なるが、本発明の一態様に係る燐化合物は、6〜50KのTを示す。 As described above, the phosphorus compound according to the present invention is a non-superconductor having a resistivity (hereinafter also expressed as ρ) of about 0.3 to 0.5 mΩ · cm at room temperature. The electron transport property of the phosphorus compound according to one embodiment of the present invention exhibits a metallic behavior in a temperature range from room temperature to Tc. The phosphorus compound according to one embodiment of the present invention, which differs depending on the composition represented by the formula APX or the formula (A 1-w A ′ w ) 1-t P 1-u (X 1−z X ′ z ) 1-v shows a T c of 6~50K.

また、本発明に係る燐化合物は、非超伝導体として振る舞う温度領域において金属的な電子輸送特性を示すため、電子材料として利用可能である。ここで電子材料とは、例えば、素子、基板、結晶、薄膜などが挙げられる。より具体的には、MoRuP超伝導体に代表される金属間化合物を含む素子の基板材料として好適に利用可能である。また、超伝導トランジスタなどが備えている超伝導体−非超伝導体接合(以下において、SN接合とも表記する)を構成する材料として、好適に利用可能である。   In addition, the phosphorus compound according to the present invention can be used as an electronic material because it exhibits metallic electron transport characteristics in a temperature region in which it behaves as a non-superconductor. Here, examples of the electronic material include an element, a substrate, a crystal, and a thin film. More specifically, it can be suitably used as a substrate material for an element containing an intermetallic compound typified by a MoRuP superconductor. Moreover, it can utilize suitably as a material which comprises the superconductor-non-superconductor junction (it is hereafter described as SN junction) with which a superconducting transistor etc. are equipped.

また、実施例に後述する磁化の温度依存性(図7参照)から明らかなように、本発明の一態様に係る燐化合物は、T以上の温度領域において非磁性的な磁気特性を示す。したがって、本発明の一態様に係る燐化合物は、磁場下においても超伝導素子間を接続可能な金属配線として用いることができる。 Further, as is apparent from the temperature dependence of magnetization described later in Examples (see FIG. 7), the phosphorus compound according to one embodiment of the present invention exhibits non-magnetic magnetic characteristics in a temperature region of Tc or higher. Therefore, the phosphorus compound according to one embodiment of the present invention can be used as a metal wiring that can connect superconducting elements even under a magnetic field.

また、本発明に係る燐化合物の硬度は、メノウ乳鉢との硬度比較より、モース硬度計表示(10段階)における8〜9程度であると考えられる。本発明に係る燐化合物は、上述した電子輸送特性、高い硬度、優れた耐摩耗性を有するため、高硬度材料、耐摩耗性材料として利用可能である。ここで、高硬度材料および耐摩耗性材料とは、例えば、各種ノズル、メカニカルシール、エンジン部品、炉材、やすりに代表される研磨材料などが挙げられる。なお、本明細書において「高硬度材料」とは、例えば、硬度がモース硬度系表示8以上の材料である。   Moreover, it is thought that the hardness of the phosphorus compound which concerns on this invention is about 8-9 in a Mohs hardness meter display (10 steps) from hardness comparison with an agate mortar. Since the phosphorus compound according to the present invention has the above-mentioned electron transport properties, high hardness, and excellent wear resistance, it can be used as a high-hardness material and wear-resistant material. Here, examples of the high-hardness material and the wear-resistant material include various nozzles, mechanical seals, engine parts, furnace materials, and abrasive materials represented by files. In the present specification, the “high hardness material” is, for example, a material having a hardness of Mohs hardness system indication 8 or more.

また、本発明に係る燐化合物は、塩酸および硝酸に対して溶解せず不活性である。したがって、本発明に係る燐化合物は、酸に対する耐食性を有するので、表面被覆材としても利用可能である。   Further, the phosphorus compound according to the present invention is insoluble without dissolving in hydrochloric acid and nitric acid. Therefore, the phosphorus compound according to the present invention has corrosion resistance to acids and can be used as a surface coating material.

〔実施例1〕
本実施例では、式APXで示される燐化合物のうち、AとしてZrを選択し、XとしてSeを選択した場合、すなわち、式ZrPSeで示される燐化合物について説明する。
[Example 1]
In this example, among the phosphorus compounds represented by the formula APX, the case where Zr is selected as A and Se is selected as X, that is, the phosphorus compound represented by the formula ZrPSe will be described.

燐化合物ZrPSeを合成するために、Zr、PおよびSeの粉末原料をそれぞれ秤量し、仕込み組成がZrP2−xSe(x=0.65、0.75、0.85、1.0および1.4)になるように混合した。本実施例において、当該混合行程は、不活性ガスであるNガスを満たしたグローブボックス内に設置したメノウの乳鉢内において行った。なお、以下において特に断りがない限りは、本実施例に係る燐化合物を表す式の組成比は、上記仕込み組成のことを意味する。 In order to synthesize the phosphorus compound ZrPSe, the powder raw materials of Zr, P and Se were weighed, respectively, and the charging composition was ZrP 2-x Se x (x = 0.65, 0.75, 0.85, 1.0 and 1.4). In this example, the mixing step was performed in an agate mortar installed in a glove box filled with N 2 gas, which is an inert gas. In the following description, unless otherwise specified, the composition ratio of the formula representing the phosphorus compound according to the present example means the above-mentioned charged composition.

ガス中で混合した粉末原料をBNセルに封入し、理研機器株式会社製 CAP−07超高圧高温発生装置を用いて高圧合成を行うことによって、本実施例に係るZrP2−xSe(x=0.65、0.75、0.85、1.0および1.4)を合成した。本実施例において、合成時の合成条件は以下のとおりである。
・合成圧力Pは、2GPa、
・合成温度は、1325℃、
・合成時間は、1時間焼成後、急冷。
The powder raw material mixed in N 2 gas is enclosed in a BN cell, and high pressure synthesis is performed using a CAP-07 ultra-high pressure and high temperature generator manufactured by Riken Kikai Co., Ltd., whereby ZrP 2-x Se x according to this example is used. (X = 0.65, 0.75, 0.85, 1.0 and 1.4) were synthesized. In this example, the synthesis conditions at the time of synthesis are as follows.
・ The combined pressure P is 2 GPa,
・ The synthesis temperature is 1325 ℃
-The synthesis time is rapid cooling after firing for 1 hour.

上記合成条件による合成終了後、燐化合物を超高圧高温発生装置から取り外した。   After completion of the synthesis under the above synthesis conditions, the phosphorus compound was removed from the ultrahigh pressure and high temperature generator.

上述のように作製したZrP1.25Se0.75を、アルミナ乳鉢で粉末状に粉砕した試料を用いてZrP1.25Se0.75の結晶構造を解析した。具体的には、Rigaku社製のX線粉末回折装置Ultima IV X−ray diffractometerを用い、粉末X線回折法により結晶構造を決定した。X線管には銅のターゲットを用い、CuKα線をX線として用いた。X線の加速電圧は40kV、出力は40mAとした。 The crystal structure of ZrP 1.25 Se 0.75 was analyzed using a sample obtained by pulverizing ZrP 1.25 Se 0.75 produced as described above in an alumina mortar. Specifically, the crystal structure was determined by a powder X-ray diffraction method using an X-ray powder diffractometer Ultimate IV X-ray diffractometer manufactured by Rigaku. A copper target was used for the X-ray tube, and CuKα rays were used as X-rays. The X-ray acceleration voltage was 40 kV and the output was 40 mA.

図2は、ZrP1.25Se0.75のX線回折パターンを示す図である。プロット11は、ZrP1.25Se0.75のX線回折パターンを示す。一方、棒グラフ10は、PbFCl型結晶構造を有するZrSiSeのX線回折パターンを示す。棒グラフ10は、ZrP1.25Se0.75のX線回折パターンと比較参照するために図示している。 FIG. 2 is a diagram showing an X-ray diffraction pattern of ZrP 1.25 Se 0.75 . Plot 11 shows the X-ray diffraction pattern of ZrP 1.25 Se 0.75 . On the other hand, the bar graph 10 shows an X-ray diffraction pattern of ZrSiSe having a PbFCl type crystal structure. The bar graph 10 is shown for comparison and reference to the X-ray diffraction pattern of ZrP 1.25 Se 0.75 .

図2に示すとおり、プロット11は、PbFCl型結晶構造として指数付けを行うことができた。したがって、本実施例に係るZrP1.25Se0.75は、PbFCl型結晶構造を有する。 As shown in FIG. 2, the plot 11 could be indexed as a PbFCl type crystal structure. Therefore, ZrP 1.25 Se 0.75 according to the present example has a PbFCl type crystal structure.

本実施例に係るZrP1.25Se0.75の組成分析を、SEM−EDXにより行った。具体的には、日立ハイテクノロジーズ(株)社製の卓上顕微鏡TM3000 Miniscopeが備えているSEM−EDX機能を用いて、ZrP1.25Se0.75におけるZr、PおよびSeの組成比を測定した。その結果、ZrP1.25Se0.75の組成比は、Zr:P:Se=36.52〜37.50:37.88〜38.39:24.95〜25.25であり、組成揺らぎがあることが確認された。この組成揺らぎの原因として、1)一部のP原子が、Se原子が入るべきXサイトを占有している、2)Se原子が欠損している、などが考えられる。 The composition analysis of ZrP 1.25 Se 0.75 according to this example was performed by SEM-EDX. Specifically, the composition ratio of Zr, P and Se in ZrP 1.25 Se 0.75 was measured using the SEM-EDX function provided in the desktop microscope TM3000 Miniscope manufactured by Hitachi High-Technologies Corporation. . As a result, the composition ratio of ZrP 1.25 Se 0.75 is Zr: P: Se = 36.52-37.50: 37.88-38.39: 24.95-25.25, and the composition fluctuation It was confirmed that there is. Possible causes of this composition fluctuation are 1) some P atoms occupy X sites where Se atoms should enter, and 2) Se atoms are missing.

以上のように仕込み組成が1:1.25:0.75である燐化合物ZrP1.25Se0.75の組成比は、1:1:1の化学量論的組成比からずれている。しかし、ZrP1.25Se0.75の結晶構造は、図2のX線回折パターン(プロット11)が示すように、PbFCl型結晶構造を有している。 As described above, the composition ratio of the phosphorus compound ZrP 1.25 Se 0.75 having the charge composition of 1: 1.25: 0.75 deviates from the 1: 1: 1 stoichiometric composition ratio. However, the crystal structure of ZrP 1.25 Se 0.75 has a PbFCl type crystal structure as shown by the X-ray diffraction pattern (plot 11) in FIG.

また、仕込み組成比を、Zr:P:Se=1:1.4:0.6として作製したZrP1.4Se0.6を用いて、格子定数および原子座標を最適化するリートベルト解析を行った。そのリートベルト解析におけるフィッティングの結果を、図3および4に示す。 In addition, Rietveld analysis that optimizes lattice constants and atomic coordinates using ZrP 1.4 Se 0.6 produced with a charged composition ratio of Zr: P: Se = 1: 1.4: 0.6 went. The results of fitting in the Rietveld analysis are shown in FIGS.

図3は、ZrP1.4Se0.6のX線回折パターンをフィッティングした結果を示す図である。より具体的には、燐化合物のXサイトにおけるPの占有率を0.4に、Seの占有率を0.6に固定した占有率固定モデルを用いてリートベルト解析を行った場合のフィッティングの結果を示す図である。なお、XサイトのうちPが占有するサイトをP1サイトとも記載し、Seが占有するサイトをSe1サイトとも記載する。また、AサイトのことをZr1サイトとも記載し、PサイトのことをP2サイトとも記載する。 FIG. 3 is a diagram showing a result of fitting an X-ray diffraction pattern of ZrP 1.4 Se 0.6 . More specifically, the fitting of a Rietveld analysis using a fixed occupancy model in which the P occupancy at the X site of the phosphorus compound is fixed at 0.4 and the Se occupancy is fixed at 0.6. It is a figure which shows a result. Of the X sites, a site occupied by P is also referred to as a P1 site, and a site occupied by Se is also referred to as a Se1 site. The A site is also referred to as a Zr1 site, and the P site is also referred to as a P2 site.

図3におけるプロット12は、ZrP1.4Se0.6のX線回折パターンである。X線回折パターンの測定方法は、上述したZrP1.25Se0.75の場合と同様なのでここでは省略する。プロット13は、占有率固定モデルを用いてフィッティングした結果を示す。プロット14は、プロット12とプロット13との差分を示す。また、占有率固定モデルを用いてリートベルト解析を行った結果は、表1に示すとおりである。 Plot 12 in FIG. 3 is an X-ray diffraction pattern of ZrP 1.4 Se 0.6 . The method for measuring the X-ray diffraction pattern is the same as in the case of ZrP 1.25 Se 0.75 described above, and is omitted here. Plot 13 shows the result of fitting using the occupation rate fixed model. Plot 14 shows the difference between plot 12 and plot 13. The results of Rietveld analysis using the occupation rate fixed model are as shown in Table 1.

Figure 2015127280
以上のように、配向因子補正なし(選択配向因子を使用せず)であっても、重みつきの残差(Rwp)はRwp=9.39%であり、Rp=17.87%という良好なフィッティング結果が得られた。したがって、本実施例に係るZrP1.4Se0.6の整形は良好であることがわかった。なお、格子定数は、a=3.6396±0.0001Å、c=7.9209±0.0001Åが得られた。
Figure 2015127280
As described above, the weighted residual (Rwp) is Rwp = 9.39% and Rp = 17.87%, even without orientation factor correction (without using a selective orientation factor). A fitting result was obtained. Therefore, it was found that the shaping of ZrP 1.4 Se 0.6 according to the present example was good. The lattice constants were a = 3.6396 ± 0.00010.00 and c = 7.9209 ± 0.00010.00.

図4は、ZrP1.4Se0.6のX線回折パターンをフィッティングした結果を示す別の図である。具体的には、燐化合物の(1)XサイトにおけるPおよびSeの占有率を可変とし、(2)PサイトにおけるPおよびSeの占有率を可変とした占有率可変モデルを用いてリートベルト解析を行った場合のフィッティングの結果を示す図である。ここで、XサイトのうちPが占有するサイトをP1サイトとも記載し、Seが占有するサイトをSe1サイトとも記載し、P1サイトの占有率をO(P1)と記載し、Se1サイトの占有率をO(Se1)と記載する。また、PサイトのうちPが占有するサイトをP2サイトとも記載し、Seが占有するサイトをSe2サイトとも記載し、P2サイトの占有率をO(P2)と記載し、Se2サイトの占有率をO(Se2)と記載する。 FIG. 4 is another diagram showing the result of fitting the X-ray diffraction pattern of ZrP 1.4 Se 0.6 . Specifically, Rietveld analysis using a variable occupancy model in which (1) P and Se occupancy at X site are variable and (2) P and Se occupancy at P site are variable. It is a figure which shows the result of fitting at the time of performing. Here, among the X sites, the site occupied by P is also described as P1 site, the site occupied by Se is also described as Se1 site, the occupation rate of P1 site is described as O (P1), and the occupation rate of Se1 site Is described as O (Se1). Of the P sites, the site occupied by P is also referred to as the P2 site, the site occupied by Se is also referred to as the Se2 site, the occupation rate of the P2 site is described as O (P2), and the occupation rate of the Se2 site is expressed as It is described as O (Se2).

占有率可変モデルにおいて、O(P1)、O(Se1)、O(P2)およびO(Se2)の各占有率を互いに独立なパラメータとして変化させることは好ましくない。そこで、本実施例では、O(P1)=1−O(Se1)およびO(P2)=1−O(Se2)という束縛条件を適用し、互いに独立な占有率パラメータを2つとして、X線回折パターンのフィッティングを行った。   In the occupation ratio variable model, it is not preferable to change the occupation ratios of O (P1), O (Se1), O (P2), and O (Se2) as independent parameters. Therefore, in this embodiment, the constraint conditions of O (P1) = 1−O (Se1) and O (P2) = 1−O (Se2) are applied, and two occupancy parameters independent from each other are used. Diffraction pattern fitting was performed.

図4におけるプロット12は、ZrP1.4Se0.6のX線回折パターンであり、図3におけるプロット12と同一のものである。プロット15は、占有率可変モデルを用いてフィッティングした結果を示す。プロット16は、プロット12とプロット15との差分を示す。また、占有率可変モデルを用いてリートベルト解析を行った結果は、表2に示すとおりである。 Plot 12 in FIG. 4 is an X-ray diffraction pattern of ZrP 1.4 Se 0.6 , which is the same as plot 12 in FIG. Plot 15 shows the result of fitting using the occupation rate variable model. Plot 16 shows the difference between plot 12 and plot 15. Table 2 shows the result of Rietveld analysis using the variable occupation ratio model.

Figure 2015127280
以上のように、配向因子補正なし(選択配向因子を使用せず)であっても、Rwp=8.64%、および、Rp=17.39%という良好なフィッティング結果が得られた。上述した占有率固定モデルを用いてリートベルト解析を行った場合と比較して、フィッティングが改善され、Rwpは0.75%低くなった。
Figure 2015127280
As described above, good fitting results of Rwp = 8.64% and Rp = 17.39% were obtained even without alignment factor correction (without using a selective alignment factor). Compared with the case where Rietveld analysis was performed using the fixed occupation rate model described above, the fitting was improved and Rwp was reduced by 0.75%.

占有率可変モデルを用いた結果、表2に示すとおり、O(P1)〜0.3714、O(Se)〜0.6285、O(P2)〜0.9398、および、O(Se)〜0.0602が得られた。これらの結果は、占有率固定モデルを用いた場合と比較して、P1およびSe1サイトにおいて約3%、P2およびSe2サイトにおいて約6%の変化を示している。エラーバーのみを考慮して言えば有意な変化とも言える。しかし、粉末X線回折強度の一般的な信頼性から考えると、占有率の決定精度は10%程度である。したがって、粉末X線回折強度の信頼性を考慮すると、占有率固定モデルと占有率可変モデルとにおける変化は、測定誤差の範囲内に収まっていると考えられる。以上のことから、本実施例に係るZrP1.4Se0.6は、PbFCl型結晶構造を有し、原料仕込み時の組成比であるZr:P:Se=1.4:1:0.6に近い組成比を有していると結論できる。 As a result of using the variable occupancy model, as shown in Table 2, O (P1) to 0.3714, O (Se) to 0.6285, O (P2) to 0.9398, and O (Se) to 0 0.0602 was obtained. These results show a change of about 3% at the P1 and Se1 sites and about 6% at the P2 and Se2 sites compared to the case of using the occupation rate fixed model. Considering only the error bar, it can be said to be a significant change. However, considering the general reliability of the powder X-ray diffraction intensity, the determination accuracy of the occupation ratio is about 10%. Therefore, when the reliability of the powder X-ray diffraction intensity is taken into consideration, it is considered that the change between the occupation rate fixed model and the occupation rate variable model falls within the measurement error range. From the above, ZrP 1.4 Se 0.6 according to the present example has a PbFCl type crystal structure, and is a composition ratio at the time of raw material charging Zr: P: Se = 1.4: 1: 0. It can be concluded that the composition ratio is close to 6.

図5は、本実施例に係るZrP2−xSeの格子定数のx依存性を示す図である。上述の製造方法を用いて作製したx=0.65、0.75、0.85、1.0および1.4の各燐化合物についてX線回折パターンを測定し、その測定結果から各燐化合物における格子定数aおよびcを得た。プロット17は、各燐化合物の格子定数aを示し、破線18は、プロット17を直線でフィッティングした結果を示す。プロット19は、各燐化合物の格子定数cを示し、破線20は、プロット19を直線でフィッティングした結果を示す。 FIG. 5 is a diagram illustrating the x dependency of the lattice constant of ZrP 2-x Se x according to the present embodiment. An X-ray diffraction pattern was measured for each phosphorus compound of x = 0.65, 0.75, 0.85, 1.0 and 1.4 produced using the above-described manufacturing method, and each phosphorus compound was determined from the measurement result. Lattice constants a and c were obtained. Plot 17 shows the lattice constant a of each phosphorus compound, and broken line 18 shows the result of fitting plot 17 with a straight line. Plot 19 shows the lattice constant c of each phosphorus compound, and broken line 20 shows the result of fitting plot 19 with a straight line.

図5に示すように、ZrP2−xSeの格子定数aおよびcは、PをSeで置換した置換量xに対して線形に変化することが分かった。 As shown in FIG. 5, it was found that the lattice constants a and c of ZrP 2-x Se x change linearly with respect to the substitution amount x in which P is substituted with Se.

図6は、本実施例に係る燐化合物ZrP1.25Se0.75の抵抗率(ρ)の温度依存性を示す図である(プロット21)。抵抗率は、四端子法を用いて測定し、2〜300Kの温度領域で測定した。図6の挿入図は、上記温度領域の内の2〜10Kの温度領域を拡大した図を示す。 FIG. 6 is a diagram showing the temperature dependence of the resistivity (ρ) of the phosphorus compound ZrP 1.25 Se 0.75 according to the present example (plot 21). The resistivity was measured using a four-terminal method, and was measured in a temperature range of 2 to 300K. The inset of FIG. 6 shows an enlarged view of the temperature range of 2 to 10 K in the above temperature range.

プロット21に示すZrP1.25Se0.75は、室温(300K)においてρ〜0.35mΩ・cmを示した。また、プロット21に示す以外の複数の燐化合物ZrP1.25Se0.75についても抵抗率を測定した結果、それらの抵抗率は、室温において0.3〜0.5mΩ・cmであった。 ZrP 1.25 Se 0.75 shown in plot 21 showed ρ to 0.35 mΩ · cm at room temperature (300 K). Moreover, as a result of measuring the resistivity of a plurality of phosphorus compounds ZrP 1.25 Se 0.75 other than those shown in plot 21, the resistivity was 0.3 to 0.5 mΩ · cm at room temperature.

プロット21に示すように、ZrP1.25Se0.75は、室温から約50Kの温度領域において、温度の低下に伴い抵抗率が減少する金属的な挙動を示した。さらに温度を低下させると、約8Kまでの温度領域において、ZrP1.25Se0.75の抵抗率の減少は飽和するような振る舞いを示した。しかし、さらに温度を低下させると、ZrP1.25Se0.75の抵抗率は、7〜6.5Kの温度領域において急激に減少し0となった。言い換えれば、6.5K以下の温度領域において、ZrP1.25Se0.75は超伝導状態となった。以上のことから、本実施例に係る燐化合物ZrP1.25Se0.75は、T〜6.5Kの超伝導体であることがわかった。 As shown in plot 21, ZrP 1.25 Se 0.75 showed a metallic behavior in which the resistivity decreased with decreasing temperature in the temperature range from room temperature to about 50K. When the temperature was further decreased, the decrease in the resistivity of ZrP 1.25 Se 0.75 was saturated in the temperature range up to about 8K. However, when the temperature was further lowered, the resistivity of ZrP 1.25 Se 0.75 rapidly decreased to 0 in the temperature range of 7 to 6.5K. In other words, ZrP 1.25 Se 0.75 was in a superconducting state in a temperature range of 6.5 K or lower. From the above, it was found that the phosphorus compound ZrP 1.25 Se 0.75 according to the present example is a superconductor of T c to 6.5 K.

上述のように、ZrP1.25Se0.75は、室温から約50Kの温度領域において金属的な挙動を示すため、抵抗温度計を構成する材料として利用することができる。 As described above, ZrP 1.25 Se 0.75 exhibits a metallic behavior in a temperature range from room temperature to about 50 K, and can therefore be used as a material constituting a resistance thermometer.

図7は、本実施例に係るZr1.35PSe0.65およびZr0.6PSe1.40の磁化率の温度依存性を示す図である。磁化率は、Quantum Design社製のMPMS XLを用いて測定し、1.8〜10Kの温度領域で測定した。磁化率の測定は、1つの燐化合物について、以下の2つの測定を行った。
・無磁場中で、燐化合物を1.8Kまで冷却した後、20ガウス(G)の磁場を印加した状態において10Kまで昇温する。この測定のことを、ゼロ磁場中冷却(Z.F.C)とも記載する。
・20Gの磁場を印加したままの状態において、10Kから1.8Kまで燐化合物を冷却する。この測定のことを、磁場中冷却(F.C)とも記載する。
FIG. 7 is a diagram showing the temperature dependence of the magnetic susceptibility of Zr 1.35 PSe 0.65 and Zr 0.6 PSe 1.40 according to this example. The magnetic susceptibility was measured using MPMS XL manufactured by Quantum Design, Inc., and measured in a temperature range of 1.8 to 10K. The measurement of magnetic susceptibility was performed for the following two measurements for one phosphorus compound.
In a magnetic field, the phosphorus compound is cooled to 1.8 K, and then heated to 10 K in a state where a magnetic field of 20 gauss (G) is applied. This measurement is also referred to as cooling in zero magnetic field (ZFC).
-Cool the phosphorous compound from 10K to 1.8K with 20G magnetic field applied. This measurement is also referred to as cooling in a magnetic field (FC).

図7において、Zr1.35PSe0.65のZ.F.Cをプロット31で示し、F.Cをプロット32で示した。また、Zr0.6PSe1.40のZ.F.Cをプロット33で示し、F.Cをプロット34で示した。 In FIG. 7, Zr 1.35 PSe 0.65 Z. F. C is shown by plot 31; C is shown in plot 32. Further, Zr 0.6 PSe 1.40 Z. F. C is shown by plot 33; C is shown in plot 34.

プロット31および32から明らかなように、Zr1.35PSe0.65は、約6K以下の温度領域において、超伝導体の特徴である反磁性的な振る舞いを示した。一方、7K以上の温度領域において、Zr1.35PSe0.65は、非磁性を示した。 As is apparent from plots 31 and 32, Zr 1.35 PSe 0.65 exhibited a diamagnetic behavior characteristic of a superconductor in a temperature region of about 6K or less. On the other hand, Zr 1.35 PSe 0.65 showed non-magnetism in a temperature region of 7 K or more.

プロット33および34から明らかなように、Zr0.6PSe1.40は、約3.5K以下の温度領域において、超伝導体の特徴である反磁性的な振る舞いを示した。一方、4K以上の温度領域において、Zr0.6PSe1.40は、非磁性を示した。 As is apparent from plots 33 and 34, Zr 0.6 PSe 1.40 exhibited a diamagnetic behavior characteristic of a superconductor in a temperature region of about 3.5 K or less. On the other hand, Zr 0.6 PSe 1.40 showed non-magnetism in a temperature region of 4K or higher.

以上の測定結果から、Zr1.35PSe0.65はT〜6.3Kの超伝導体であり、Zr0.6PSe1.40はT〜4.2Kの超伝導体であることがわかった。 From the above measurement results, Zr 1.35 PSe 0.65 is a superconductor of T c to 6.3K, and Zr 0.6 PSe 1.40 is a superconductor of T c to 4.2K. I understood.

図8は、本実施例に係るZrP2−xSeおよび実施例2に係るZrP2−xの超伝導転移温度Tのx依存性を示す図である。ここでは、本実施例に係るZrP2−xSeについて説明する。 FIG. 8 is a diagram illustrating the x dependence of the superconducting transition temperature Tc of ZrP 2-x Se x according to the present example and ZrP 2-x S x according to the second example. Here, ZrP 2-x Se x according to the present embodiment will be described.

図8において、プロット51は、ZrP2−xSe(x=0.5、0.65、0.75、0.85、0.9、1.0および1.4)のTを示す。破線52は、プロット51をフィッティングすることによって得られた曲線を示す。プロット51および破線52より、本実施例に係るZrP2−xSeのTのx依存性は、x=0.7近傍を頂点とする曲線を示し、最も高いTは、約6.3Kであった。 In FIG. 8, plot 51 shows the T c of ZrP 2−x Se x (x = 0.5, 0.65, 0.75, 0.85, 0.9, 1.0 and 1.4). . A broken line 52 indicates a curve obtained by fitting the plot 51. From the plot 51 and the broken line 52, the x dependency of T c of ZrP 2-x Se x according to the present embodiment shows a curve having a vertex near x = 0.7, and the highest T c is about 6. 3K.

以上の結果から、Xサイトを置換するPの置換量を変化させることによって、ZrP2−xSeが示すTを制御できることが分かった。 From the above results, it was found that Tc indicated by ZrP 2-x Se x can be controlled by changing the substitution amount of P that substitutes the X site.

〔実施例2〕
本実施例では、式APXで示される燐化合物のうち、AとしてZrを選択し、XとしてSを選択した場合、すなわち、式ZrPSで示される燐化合物について説明する。本実施例に係る燐化合物ZrPSの製造方法は、出発原料が異なる以外は、実施例1に係る燐化合物ZrPSeの製造方法と同様である。したがって、ここでは製造方法の詳細を省略する。
[Example 2]
In this example, among the phosphorus compounds represented by the formula APX, a case where Zr is selected as A and S is selected as X, that is, a phosphorus compound represented by the formula ZrPS will be described. The manufacturing method of the phosphorus compound ZrPS according to the present example is the same as the manufacturing method of the phosphorus compound ZrPSe according to the example 1 except that the starting materials are different. Therefore, details of the manufacturing method are omitted here.

上述の通り、図8は、実施例1に係るZrP2−xSeおよび本実施例に係るZrP2−xのTのx依存性を示す図である。ここでは、本実施例に係るZrP2−xについて説明する。 As described above, FIG. 8 is a diagram illustrating the x dependency of T c of ZrP 2-x Se x according to the first embodiment and ZrP 2-x S x according to the present embodiment. Here, ZrP 2-x S x according to the present embodiment will be described.

図8において、プロット53は、ZrP2−x(x=0.2、0.3、0.4、0.69、0.75および1.0)のTを示す。破線54は、プロット53をフィッティングすることによって得られた曲線を示す。プロット53は、試料の個体差によると考えられるTの分散を示したが、破線54より、本実施例に係るZrP2−xのTのx依存性は、x=0.7近傍を頂点とする曲線を示し、最も高いTは、約5.0Kであった。 In FIG. 8, plot 53 shows the T c of ZrP 2-x S x (x = 0.2, 0.3, 0.4, 0.69, 0.75 and 1.0). A broken line 54 shows a curve obtained by fitting the plot 53. The plot 53 shows the dispersion of T c that is considered to be due to the individual difference of the samples. From the broken line 54, the x dependency of T c of ZrP 2-x S x according to this example is x = 0.7. A curve having a vertex at the vicinity is shown, and the highest T c is about 5.0K.

以上の結果から、Xサイトを置換するPの置換量を変化させることによって、ZrP2−xが示すTを制御できることが分かった。 From the above results, by changing the substitution of P substituting the X site, it was found to be controlled T c indicated ZrP 2-x S x.

アルミナ乳鉢で粉末状に粉砕した試料を用いて、ZrP2−x(x=0.4、0.6および0.75)のX線回折パターンを測定し結晶構造を解析した。図9は、ZrP2−x(x=0.4、0.6および0.75)のX線回折パターンを示す図である。X線回折パターンを測定するために用いた装置および測定条件は、実施例1に記載のものと同一である。 An X-ray diffraction pattern of ZrP 2-x S x (x = 0.4, 0.6, and 0.75) was measured using a sample pulverized into a powder in an alumina mortar, and the crystal structure was analyzed. FIG. 9 is a diagram showing an X-ray diffraction pattern of ZrP 2-x S x (x = 0.4, 0.6, and 0.75). The apparatus and measurement conditions used to measure the X-ray diffraction pattern are the same as those described in Example 1.

プロット41はZrP1.60.4のX線回折パターンを示し、プロット42はZrP1.40.6のX線回折パターンを示し、プロット43はZrP1.250.75のX線回折パターンを示す。一方、棒グラフ40は、PbFCl型結晶構造を有するZrP1.40.6のX線回折パターンを示す。棒グラフ40は、ZrP2−x(x=0.4、0.6および0.75)のX線回折パターンと比較参照するために図示している。 Plot 41 shows the X-ray diffraction pattern of ZrP 1.6 S 0.4 , plot 42 shows the X-ray diffraction pattern of ZrP 1.4 S 0.6 , and plot 43 shows the ZrP 1.25 S 0.75 . An X-ray diffraction pattern is shown. On the other hand, the bar graph 40 shows an X-ray diffraction pattern of ZrP 1.4 S 0.6 having a PbFCl type crystal structure. The bar graph 40 is shown for comparison and reference to the X-ray diffraction pattern of ZrP 2-x S x (x = 0.4, 0.6 and 0.75).

図9に示すとおり、プロット41〜43は、PbFCl型結晶構造として指数付けを行うことができた。したがって、本実施例に係るZrP2−x(x=0.4、0.6および0.75)は、PbFCl型結晶構造を有することが確認された。 As shown in FIG. 9, plots 41 to 43 could be indexed as PbFCl type crystal structures. Therefore, the present embodiment according to Example ZrP 2-x S x (x = 0.4,0.6 and 0.75) was confirmed to have a PbFCl type crystal structure.

〔実施例3〕
本実施例では、式APXで示される燐化合物のうち、AとしてHfを選択し、XとしてSを選択した場合、すなわち、式HfPSで示される燐化合物について説明する。本実施例に係る燐化合物HfPSの製造方法は、出発原料が異なる以外は、実施例1に係る燐化合物ZrPSeの製造方法と同様である。
Example 3
In this example, among the phosphorus compounds represented by the formula APX, the case where Hf is selected as A and S is selected as X, that is, the phosphorus compound represented by the formula HfPS will be described. The method for producing the phosphorus compound HfPS according to this example is the same as the method for producing the phosphorus compound ZrPSe according to Example 1 except that the starting materials are different.

本実施例において作製した全てのHfPSの仕込み組成、合成条件、結晶構造およびTを、表3に示す。具体的には、本実施例においてHfP2−x(x=0.3〜0.9)の各燐化合物を作製した。 Mixing composition of all HfPS manufactured in this Example, synthesis conditions, the crystal structure and T c, shown in Table 3. Specifically, each phosphorus compound of HfP 2-x S x (x = 0.3 to 0.9) was produced in this example.

Figure 2015127280
表3の合成条件におけるPは、高圧合成時に印加した圧力を示す。本実施例において、高圧合成時に印加した圧力は、いずれの燐化合物においてもP=2GPaとした。合成条件における温度は、高圧合成時の試料温度を表し、時間は、高圧合成時の合成時間を表す。本実施例において高圧合成時の試料温度は1500℃を基本とし、比較参照用に、1400℃でも合成を試みた。また、合成時間は、0.5〜1時間とした。
Figure 2015127280
P in the synthesis conditions of Table 3 indicates the pressure applied during high-pressure synthesis. In this example, the pressure applied during high-pressure synthesis was P = 2 GPa in any phosphorus compound. The temperature under the synthesis conditions represents the sample temperature during high-pressure synthesis, and the time represents the synthesis time during high-pressure synthesis. In this example, the sample temperature during high-pressure synthesis was basically 1500 ° C., and the synthesis was attempted even at 1400 ° C. for comparative reference. The synthesis time was 0.5 to 1 hour.

実施例1に記載の燐化合物ZrPSeと同様に、本実施例に係る燐化合物HfP2−xのX線回折パターンの測定を行った。図10は、単相化に成功したx=0.4、0.5および0.9に対応するHfP1.60.4、HfP1.50.5およびHfP1.10.9の各燐化合物のX線回折パターンを示す図である。図10のプロット61、62および63は、それぞれ、HfP1.60.4、HfP1.50.5およびHfP1.10.9のX線回折パターンを示す。図10に示すX線回折パターンより、HfP1.60.4、HfP1.50.5およびHfP1.10.9の各燐化合物は、PbFCl型結晶構造を有するほぼ単相の結晶であることが分かった。 In the same manner as the phosphorus compound ZrPSe described in Example 1, the X-ray diffraction pattern of the phosphorus compound HfP 2-x S x according to this example was measured. FIG. 10 shows that HfP 1.6 S 0.4 , HfP 1.5 S 0.5 and HfP 1.1 S 0 corresponding to x = 0.4 , 0.5 and 0.9 successfully converted into a single phase. .9 is a diagram showing an X-ray diffraction pattern of each phosphorus compound of .9 . Plots 61, 62 and 63 in FIG. 10 show the X-ray diffraction patterns of HfP 1.6 S 0.4 , HfP 1.5 S 0.5 and HfP 1.1 S 0.9 , respectively. From the X-ray diffraction pattern shown in FIG. 10, each of the phosphorous compounds of HfP 1.6 S 0.4 , HfP 1.5 S 0.5 and HfP 1.1 S 0.9 has a substantially single structure having a PbFCl type crystal structure. It was found to be a phase crystal.

図11は、本実施例に係るHfP2−x(x=0.4、0.5および0.9)の格子定数のx依存性を示す図である。図11に示すHfP2−x(x=0.4、0.5および0.9)は、それぞれ、図10に示すHfP1.60.4、HfP1.50.5およびHfP1.10.9と同一の燐化合物である。図10に示す各燐化合物のX線回折パターンから、図11に示す各燐化合物における格子定数aおよびcを得た。プロット71は、各燐化合物の格子定数aを示し、破線13は、プロット71を直線でフィッティングした結果を示す。プロット73は、各燐化合物の格子定数cを示し、破線74は、プロット73を直線でフィッティングした結果を示す。 FIG. 11 is a diagram illustrating the x dependency of the lattice constant of HfP 2-x S x (x = 0.4, 0.5, and 0.9) according to the present example. HfP 2-x S x shown in FIG. 11 (x = 0.4, 0.5 and 0.9), respectively, HfP 1.6 S 0.4 shown in FIG. 10, HfP 1.5 S 0.5 And the same phosphorus compound as HfP 1.1 S 0.9 . From the X-ray diffraction pattern of each phosphorus compound shown in FIG. 10, the lattice constants a and c in each phosphorus compound shown in FIG. 11 were obtained. The plot 71 shows the lattice constant a of each phosphorus compound, and the broken line 13 shows the result of fitting the plot 71 with a straight line. The plot 73 shows the lattice constant c of each phosphorus compound, and the broken line 74 shows the result of fitting the plot 73 with a straight line.

図11に示す結果より、ZrP2−xSeの格子定数aおよびcは、PをSで置換した置換量xに対して線形に変化することが分かった。 From the results shown in FIG. 11, it was found that the lattice constants a and c of ZrP 2-x Se x change linearly with respect to the substitution amount x in which P is substituted with S.

実施例1に記載の燐化合物ZrPSeと同様に、本実施例に係る燐化合物HfP2−xの磁化率の温度依存性を測定した。磁化率の温度依存性の測定方法は、実施例1に記載した方法と同様であるためここでは省略する。抵抗率の温度依存性および磁化率の温度依存性の測定結果から決定されたTを表3に示す。合成温度1500℃で合成したZrP2−xSeはいずれも超伝導性を示し、そのTは2.5〜4.6Kだった。一方、合成温度1400℃で合成したZrP1.3Se0.7は、超伝導性を示さなかった。 Similarly to the phosphorus compound ZrPSe described in Example 1, the temperature dependence of the magnetic susceptibility of the phosphorus compound HfP 2-x S x according to this example was measured. The method for measuring the temperature dependence of the magnetic susceptibility is the same as the method described in the first embodiment, and is omitted here. Table 3 shows T c determined from the measurement results of the temperature dependence of the resistivity and the temperature dependence of the magnetic susceptibility. ZrP 2-x Se x synthesized at a synthesis temperature of 1500 ° C. exhibited superconductivity, and its T c was 2.5 to 4.6K. On the other hand, ZrP 1.3 Se 0.7 synthesized at a synthesis temperature of 1400 ° C. did not show superconductivity.

また、測定した試料の体積に対する超伝導相の体積を見積もった結果を、体積百分率として表3に示す。ほぼ単相と言える結晶が得られたHfP1.60.4、HfP1.50.5およびHfP1.10.9の各燐化合物について見積もった超伝導相の体積百分率は、それぞれ、50%、137%および92%であった。HfP1.50.5において超伝導相の体積百分率が100%を超えているのは、超伝導相の完全反磁性に起因して見かけ上の超伝導相の体積が大きく見積もられるためである。 Moreover, the result of estimating the volume of the superconducting phase with respect to the volume of the measured sample is shown in Table 3 as a volume percentage. The volume percentage of the superconducting phase estimated for each of the phosphorus compounds of HfP 1.6 S 0.4 , HfP 1.5 S 0.5 and HfP 1.1 S 0.9 from which crystals that can be said to be almost single phase was obtained. , 50%, 137% and 92%, respectively. The reason why the volume percentage of the superconducting phase exceeds 100% in HfP 1.5 S 0.5 is that the apparent superconducting phase volume is largely estimated due to the complete diamagnetism of the superconducting phase. is there.

なお、表3に記載した本実施例に係る燐化合物のうち、x=0.4、0.5および0.9以外の組成を有する燐化合物は、合成条件が最適化されていないために、そのTおよび超伝導相の体積百分率が低いと考えられる。 In addition, among the phosphorus compounds according to the present example described in Table 3, the phosphorus compounds having compositions other than x = 0.4, 0.5, and 0.9 are not optimized because the synthesis conditions are not optimized. It is believed that the Tc and the volume percentage of the superconducting phase are low.

〔実施例4〕
本実施例では、式APXで示される燐化合物のうち、AとしてHfを選択し、XとしてSeを選択した場合、すなわち、式HfPSeで示される燐化合物について説明する。本実施例に係る燐化合物HfPSeの製造方法は、出発原料が異なる以外は、実施例1に係る燐化合物ZrPSeの製造方法と同様である。
Example 4
In this example, among the phosphorus compounds represented by the formula APX, the case where Hf is selected as A and Se is selected as X, that is, the phosphorus compound represented by the formula HfPSe will be described. The manufacturing method of the phosphorus compound HfPSe according to the present example is the same as the manufacturing method of the phosphorus compound ZrPSe according to the example 1 except that the starting materials are different.

本実施例に係る燐化合物HfP2−xSeのX線回折パターンの測定を行った。X線回折パターンの測定方法は、実施例1に記載の燐化合物ZrPSeの場合と同様である。図12は、本実施例に係るHfP2−xSe(x=0.2、0.3、0.4、0.5、0.6および0.7)のX線回折パターンを示す図である。また、参考としてx=0であるHfPのX線回折パターンも、プロット81として示す。図12のプロット82〜87は、それぞれ、x=0.2〜0.7の各燐化合物のX線回折パターンを示す。棒グラフ80は、PbFCl型結晶構造を有するZrP1.40.6のX線回折パターンを示す。棒グラフ80は、HfP2−xSeのX線回折パターンと比較参照するために図示している。 The X-ray diffraction pattern of the phosphorus compound HfP 2-x Se x according to this example was measured. The method for measuring the X-ray diffraction pattern is the same as that for the phosphorus compound ZrPSe described in Example 1. FIG. 12 is a diagram showing an X-ray diffraction pattern of HfP 2-x Se x (x = 0.2, 0.3, 0.4, 0.5, 0.6, and 0.7) according to this example. It is. For reference, an X-ray diffraction pattern of HfP 2 where x = 0 is also shown as a plot 81. Plots 82 to 87 in FIG. 12 show the X-ray diffraction patterns of the phosphorus compounds with x = 0.2 to 0.7, respectively. The bar graph 80 shows an X-ray diffraction pattern of ZrP 1.4 S 0.6 having a PbFCl type crystal structure. The bar graph 80 is shown for comparison with the X-ray diffraction pattern of HfP 2-x Se x .

図12に示すように、プロット82〜87は、PbFCl型結晶構造として指数付けを行うことができた。したがって、本実施例に係るHfP2−xSe(x=0.2、0.3、0.4、0.5、0.6および0.7)は、PbFCl型結晶構造を有する。 As shown in FIG. 12, the plots 82 to 87 could be indexed as PbFCl type crystal structures. Therefore, HfP 2-x Se x (x = 0.2, 0.3, 0.4, 0.5, 0.6 and 0.7) according to this example has a PbFCl type crystal structure.

図13は、本実施例に係るHfP2−xSe(x=0.2、0.3、0.4および0.5)の格子定数のx依存性を示す図である。図12に示すX線回折パターンの測定結果から、各燐化合物の格子定数aおよびcを得た。プロット101は、各燐化合物の格子定数cを示し、破線102は、プロット101を直線でフィッティングした結果を示す。プロット103は、各燐化合物の格子定数aを示し、破線104は、プロット103を直線でフィッティングした結果を示す。 FIG. 13 is a diagram illustrating the x dependency of the lattice constant of HfP 2-x Se x (x = 0.2, 0.3, 0.4, and 0.5) according to the present example. From the measurement result of the X-ray diffraction pattern shown in FIG. 12, the lattice constants a and c of each phosphorus compound were obtained. Plot 101 shows the lattice constant c of each phosphorus compound, and broken line 102 shows the result of fitting plot 101 with a straight line. Plot 103 shows the lattice constant a of each phosphorus compound, and broken line 104 shows the result of fitting plot 103 with a straight line.

図13に示すように、ZrP2−xSeの格子定数cは、PをSeで置換した置換量xに対して明確な変化を示さなかった。一方、格子定数aは、置換量xに対して正の相関関係を示した。したがって、PをSeで置換した置換量xを変化させることによって、ZrP2−xSeのPサイトにおける原子間距離を制御することができる。 As shown in FIG. 13, the lattice constant c of ZrP 2-x Se x did not show a clear change with respect to the substitution amount x in which P was substituted with Se. On the other hand, the lattice constant a showed a positive correlation with the substitution amount x. Therefore, the interatomic distance at the P site of ZrP 2-x Se x can be controlled by changing the substitution amount x in which P is substituted with Se.

図14は、本実施例に係るHfP2−xSeの磁化率の温度依存性を示す図である。図14(a)〜(e)は、それぞれ、x=0.3〜0.7の場合のHfP2−xSeの磁化率の温度依存性を示す。本実施例における磁化率の測定方法は、実施例1に係るZr1.35PSe0.65およびZr0.6PSe1.40の磁化率の測定方法と同様である。プロット91、93、95、97および99は、Z.F.Cの場合の磁化率を示す。また、プロット92、94、96、98および100は、F.Cの場合の磁化率を示す。 FIG. 14 is a diagram illustrating the temperature dependence of the magnetic susceptibility of HfP 2-x Se x according to the present example. Figure 14 (a) ~ (e) respectively show the temperature dependence of the magnetic susceptibility of HfP 2-x Se x where the x = 0.3 to 0.7. The method for measuring the magnetic susceptibility in this example is the same as the method for measuring the magnetic susceptibility of Zr 1.35 PSe 0.65 and Zr 0.6 PSe 1.40 according to Example 1. Plots 91, 93, 95, 97 and 99 are shown in Z. F. The magnetic susceptibility in the case of C is shown. Also, plots 92, 94, 96, 98 and 100 are shown in F.A. The magnetic susceptibility in the case of C is shown.

図14に示す磁化率の温度依存性より、HfP1.3Se0.7はT〜5.8K、HfP1.4Se0.6はT〜5.0K、HfP1.5Se0.5はT〜5.8K、HfP1.6Se0.4はT〜3.8K、HfP1.7Se0.3はT〜4.0Kであった。 The temperature dependence of magnetic susceptibility of FIG 14, HfP 1.3 Se 0.7 is T c ~5.8K, HfP 1.4 Se 0.6 is T c ~5.0K, HfP 1.5 Se 0 .5 T c ~5.8K, HfP 1.6 Se 0.4 is T c ~3.8K, HfP 1.7 Se 0.3 was T c ~4.0K.

図15は、本実施例に係るHfP2−xSe(x=0.3、0.5および0.7)のTのx依存性を示す図である。図15において、プロット111は、HfP2−xSe(x=0.3、0.5および0.7)のTを示す。本実施例に係るZrP2−xSeのTは、x=0.3の場合にT=約4.0K、x=0.5および0.7の場合にT=約5.5Kを示した。実施例1に係るZrP2−xSeおよび実施例2に係るZrP2−xの超伝導転移温度Tのx依存性(図8参照)との類似性から、本実施例に係るHfP2−xSeのTは、x=0.6近傍において最も高くなると推測できる。 FIG. 15 is a diagram illustrating x dependency of T c of HfP 2-x Se x (x = 0.3, 0.5, and 0.7) according to the present example. In FIG. 15, plot 111 shows the T c of HfP 2-x Se x (x = 0.3, 0.5, and 0.7). T c of ZrP 2-x Se x according to the present embodiment, x = when 0.3 T c = about 4.0K, T c = about 5 in the case of x = 0.5 and 0.7. 5K was shown. From the similarity to the Z dependence (see FIG. 8) of the superconducting transition temperature T c of ZrP 2-x Se x according to Example 1 and ZrP 2-x S x according to Example 2, T c of HfP 2-x Se x can be inferred and becomes highest at the near x = 0.6.

本発明は、燐化合物、電子材料、触媒材料、高硬度材料、耐摩耗性材料、耐熱材料に利用することができる。   The present invention can be used for phosphorus compounds, electronic materials, catalyst materials, high hardness materials, wear resistant materials, and heat resistant materials.

Claims (15)

PbFCl型結晶構造を有し、化学組成が式APX(A=第1族元素、第2族元素、第3族元素、第4族元素、第5族元素及び第6族元素から選択される1以上の元素、X=第14族元素、第15族元素、第16族元素から選択される1以上の元素)(ただし、A=Zrであり、且つ、X=Sであるものを除く)で示される化合物であることを特徴とする燐化合物。   It has a PbFCl type crystal structure, and its chemical composition is selected from the formula APX (A = Group 1 element, Group 2 element, Group 3 element, Group 4 element, Group 5 element and Group 6 element 1 In the above elements, X = one or more elements selected from Group 14 elements, Group 15 elements, and Group 16 elements (excluding those in which A = Zr and X = S) A phosphorus compound characterized in that it is a compound shown. PbFCl型結晶構造を有し、化学組成が式(A1−wA’1−t1−u(X1−zX’1−v(ただし、A=Ti、Zr及びHfから選択される1以上の元素、A’は第1族元素、第2族元素、第3族元素、第4族元素、第5族元素及び第6族元素から選択される1以上の元素又はランタノイド元素及びアクチノイド元素から選択される1種類以上の元素であり、Xは第14族元素、第15族元素及び第16族元素から選択される1種類以上の元素であり、X’は第14族元素、第15族元素及び第16族元素から選択される1種類以上の元素であり、0≦w<1、0≦z<1、0≦t<1、0≦u<1、0≦v<1である。)で示される化合物であることを特徴とする請求項1に記載の燐化合物。 It has a PbFCl type crystal structure, and the chemical composition is represented by the formula (A 1-w A ′ w ) 1-t P 1-u (X 1−z X ′ z ) 1−v (where A = Ti, Zr and Hf One or more elements selected from: A ′ is one or more elements selected from Group 1 elements, Group 2 elements, Group 3 elements, Group 4 elements, Group 5 elements and Group 6 elements or One or more elements selected from a lanthanoid element and an actinoid element, X is one or more elements selected from a Group 14 element, a Group 15 element, and a Group 16 element, and X ′ is a 14th element. One or more elements selected from group elements, group 15 elements and group 16 elements, 0 ≦ w <1, 0 ≦ z <1, 0 ≦ t <1, 0 ≦ u <1, 0 ≦ The phosphorous compound according to claim 1, wherein v <1.). 上記AがZrであり、且つ、上記XがSeであるか、又は、上記AがHfであり、且つ、上記XがSe若しくはSであることを特徴とする請求項1に記載の燐化合物。   2. The phosphorus compound according to claim 1, wherein A is Zr and X is Se, or A is Hf, and X is Se or S. 3. 格子定数がa=3.5〜3.9Å、c=7.7〜8.1Åであることを特徴とする請求項1〜3のいずれか1項に記載の燐化合物。   The phosphorus compound according to any one of claims 1 to 3, wherein the lattice constant is a = 3.5 to 3.9Å and c = 7.7 to 8.1Å. 室温で0.3〜0.5mΩ・cmの導電性を示すことを特徴とする請求項1〜4のいずれか1項に記載の燐化合物。   5. The phosphorus compound according to claim 1, which exhibits a conductivity of 0.3 to 0.5 mΩ · cm at room temperature. 室温以下50Kの低温まで金属的挙動を示すことを特徴とする請求項1〜5のいずれか1項に記載の燐化合物。   The phosphorus compound according to any one of claims 1 to 5, which exhibits a metallic behavior up to a low temperature of 50K or less at room temperature. 50K未満で超伝導性を示すことを特徴とする請求項1〜6のいずれか1項に記載の燐化合物。   The phosphorus compound according to any one of claims 1 to 6, which exhibits superconductivity at less than 50K. 50K以上で非磁性を示すことを特徴とする請求項1〜7のいずれか1項に記載の燐化合物。   The phosphorus compound according to any one of claims 1 to 7, wherein the phosphorus compound exhibits nonmagnetic properties at 50K or more. 請求項1〜8のいずれか1項に記載の燐化合物を含む電子材料。   The electronic material containing the phosphorus compound of any one of Claims 1-8. 請求項1〜8のいずれか1項に記載の燐化合物を含む触媒材料。   The catalyst material containing the phosphorus compound of any one of Claims 1-8. 請求項1〜8のいずれか1項に記載の燐化合物を含む高硬度材料。   A high-hardness material containing the phosphorus compound according to claim 1. 請求項1〜8のいずれか1項に記載の燐化合物を含む耐摩耗性材料。   A wear-resistant material comprising the phosphorus compound according to any one of claims 1 to 8. 請求項1〜8のいずれか1項に記載の燐化合物を含む耐熱材料。   A heat-resistant material containing the phosphorus compound according to any one of claims 1 to 8. PbFCl型結晶構造を有し、化学組成が式APX(A=第1族元素、第2族元素、第3族元素、第4族元素、第5族元素及び第6族元素から選択される1以上の元素、X=第14族元素、第15族元素、第16族元素から選択される1以上の元素)で示される化合物であって超伝導状態にある燐化合物。   It has a PbFCl type crystal structure, and its chemical composition is selected from the formula APX (A = Group 1 element, Group 2 element, Group 3 element, Group 4 element, Group 5 element and Group 6 element 1 A compound represented by the above element, X = one or more elements selected from Group 14 element, Group 15 element, and Group 16 element) and in a superconducting state. A、P及びX(A=第1族元素、第2族元素、第3族元素、第4族元素、第5族元素及び第6族元素から選択される1以上の元素、X=第14族元素、第15族元素及び第16族元素から選択される1以上の元素)のそれぞれの材料を不活性ガス雰囲気中で混合した後、1,000℃〜2,000℃で、常圧下から5Gpaの圧力下で合成することを特徴とする燐化合物の製造方法。   A, P and X (A = one or more elements selected from Group 1 element, Group 2 element, Group 3 element, Group 4 element, Group 5 element and Group 6 element, X = 14 After mixing each material of group element, one or more elements selected from group 15 element and group 16 element) in an inert gas atmosphere, the temperature is 1,000 ° C. to 2,000 ° C. under normal pressure. A method for producing a phosphorus compound, which is synthesized under a pressure of 5 Gpa.
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