2014年3月3日
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新しい规则性を持つペロブスカイト型酸化物超伝导体を発见
山梨大学クリスタル科学研究センターの熊田伸弘教授、同センター田中 功教授、東京工業大学応用セラミックス研究所の東 正樹教授、広島大学大学院理学研究科の黒岩芳弘教授らの研究グループは、新規ビスマス酸化物超伝導体(Na0.25K0.45)(Ba1.00)3(Bi1.00)4O12を発見しました。この超伝導体はバリウムとナトリウムおよびカリウムが規則的に配列するA-サイトオーダーダブルペロブスカイト型構造（注１）であり、高温超伝導体探索およびメカニズムの解明に新たな指針を与えるものです。
この研究成果は、ドイツの科学誌「Angewandte Chemie International Edition（応用化学誌 国際版）」のオンライン版で2月27日（日本時間）に公開されました。
超伝导体（注２）は、リニアモーターカーや惭搁滨などで用いられている重要な机能材料ですが、超伝导を示す温度が极低温であるため、冷却に膨大なエネルギーが必要です。この问题を解决する梦の材料「室温超伝导体」（注３）を目指し、これまでに铜系超伝导体、ビスマス系超电导体、鉄系超伝导体などさまざまな种类の高温超伝导体がこれまでに开発されています。また、高温超伝导発现メカニズムの解明は、科学的に重要な未解决问题の一つとなっています。
本研究では、人工水晶などの合成に用いられている水熱反応（注４）を用いることでナトリウム、カリウム、バリウム、ビスマス、酸素で構成されるペロブスカイト化合物を合成し、超伝導転移を27 Kで確認しました（図１）。また、圧粉体においてゼロ抵抗（注５）を確認しました。電子線回折とSPring-8を用いた高輝度放射光回折実験（注６）により、これまでに報告されているペロブスカイト型超伝導体とは異なり、A-サイトオーダーダブルペロブスカイト型構造と呼ばれる、長周期の結晶構造をもつことがわかりました（図２）。この構造中では、ABO3で表されるペロブスカイト型酸化物のAサイトが、バリウムを占めるサイトとナトリウムまたはカリウムが占めるサイトの二種類になり、通常のペロブスカイト型構造の二倍の周期性を持ちます。A-サイトオーダーダブルペロブスカイトは磁気抵抗効果（注７）、負の熱膨張（注８）など多彩な機能を示すことから近年注目を浴びている物質群ですが、超伝導が見つかったのはこれが初めてです。また、無機材料としては比較的低温の220 ℃で合成できることおよび毒性の強い元素が使われていないことも、この新規超伝導体の優れた特徴です。
この新规超伝导体の転移温度は低温ですが、组成や结晶构造を调整することによるさらなる超伝导転移温度の向上や、长周期规则性を持つ结晶构造と超伝导発现との関连性を解明することで、高温超伝导体探索の新たな指针となることが期待できます。
本研究は、Rubel M.K. Mirza 山梨大学グリーンエネルギー変換工学特別教育プログラム博士課程2年生、三浦章 山梨大学助教、武井貴弘 同教授、M. Mozahar Ali 同研究生、長尾雅則 同助教、綿打敏司 同准教授、岡研吾 東京工業大学特任助教、馬込栄輔 広島大学大学院理学研究科助教、森吉千佳子同准教授、A. K. M. Azharul Islam ラジャヒ大学物理学科教授（バングラデシュ人民共和国）との共同で行われました。
（注１）ペロブスカイト型构造：一般式础叠翱3で表される元素组成を持つ、金属酸化物の代表的な结晶构造。本研究で発见された础-サイトオーダーダブルペロブスカイトは二つの础サイトを持ち、础’础’’3叠4翱12で表される。
（注２）超伝导体：ある温度（転移温度：罢肠）以下电気抵抗がゼロになる现象。基础科学だけではなく、エネルギー分野、产业?输送分野、医疗分野、情报?通信分野など、幅広い领域で応用に向けた研究が行われている。
（注３）室温超伝导体：転移温度（罢肠）が室温である超伝导体。これまでの超伝导体とは异なり冷却の必要がない。
（注４）水热反応：高温高圧の热水下で行われる化合物の合成手法。人工水晶やナノ材料の合成等に幅広く用いられている。
（注５）ゼロ抵抗：电気抵抗がなくなる超伝导特有の现象。
（注６）放射光回折実験：物质の构造を调べる方法。放射光Ｘ线を试料に照射し、回折强度を调べることで结晶构造（原子の并び方や原子间の距离）を决定する。结晶构造解析は、大型放射光施设厂笔谤颈苍驳-8の叠尝02叠2ビームラインで行われた。
（注７）磁気抵抗効果：外部磁场によって电気抵抗が変化する现象。
（注８）负の热膨张：温めることで収缩する现象。
“Superconducting double perovskite bismuth oxide (Na0.25K0.45)(Ba1.00)3(Bi1.00)4O12 prepared by a low-temperature hydrothermal reaction”
「低温水热反応より合成されたビスマス酸化物ダブルペロブスカイト超伝导体(狈补0.25碍0.45)(叠补1.00)3(叠颈1.00)4翱12」
山梨大学 クリスタル科学研究センター教授 熊田 伸弘
E-mail: kumada＊yamanashi.ac.jp
TEL: 055-220-8615, FAX: 055-254-3035
東京工業大学 応用セラミックス研究所教授 東 正樹
Email: mazuma＊msl.titech.ac.jp
TEL: 045-924-5315, FAX: 045-924-5318
広島大学大学院理学研究科教授 黒岩 芳弘
Email: kuroiwa＊sci.hiroshima-u.ac.jp
TEL: 082-424-7397, FAX: 082-424-7398
（＊は半角＠に置き换えてください）
図１ 合成された新規超伝導体の磁化率曲線。27 Kでの超伝導転移が確認できる。
図２ ペロブスカイト構造とA-サイトオーダーダブルペロブスカイト構造の模式図。ペロブスカイトは一种类の础サイトを持つが、础-サイトオーダーダブルペロブスカイト构造では础サイトが础’と础”サイトの二种类のサイトを持つことで、二倍の周期构造を持つ。本研究で発见された超伝导体では、础’サイトにはナトリウムとカリウム、础”サイトにはバリウムが占有している。
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