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准教授 西原 禎文（にしはら さだふみ）
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平成２６年８月１２日
高温超伝导体机构の解明に繋がる新物质の合成に成功
概要
広岛大学大学院理学研究科の西原禎文准教授、张笑さん（博士课程后期３年）、井上克也教授らを中心とする研究チームは、颁耻2+と炭酸イオン（颁翱32-）を交互に配列させることで、高温超伝导体机构の解明に繋がる颁耻-翱系分子性スピンラダー化合物（※1）の合成に世界で初めて成功しました。
今回开発した物质は、今后、スピンラダーのモデル物质として、高温超伝导体机构の解明に重要な役割を果たすと考えられます。
この成果は、英国王立化学会Dalton Transactions（平成26年9月14日号第43巻第34号）に掲載される予定です（オンライン版は既に公開されています）。
発表论文
着者
Xiao Zhang, Sadafumi Nishihara*，Yuki Nakano, Erina Yoshida, Chisato Kato, Xiao-Ming Ren, Kseniya Yu. Maryunina and Katsuya Inoue*
* Corresponding author（責任着者）
论文题目
A magnetically isolated cuprate spin-ladder system: synthesis, structures, and magnetic properties
掲载雑誌
Dalton Transactions（英国王立化学会）
DOI: 10.1039/c4dt01746c
研究の背景
超伝导体は超伝导転移温度（罢肠）以下で电気抵抗が0（ゼロ）になるなどの特异な物性を示すことから、さまざまな分野で精力的に研究が行われています。この超伝导体の一种として、高い超伝导転移温度（贬颈驳丑-罢ｃ）を有する铜酸化物高温超伝导体（高温超伝导体）があります。铜酸化物高温超伝导体の中には、液体窒素温度以上の罢肠を有するものも数多くあり、现在、环境材料やリニアモーターカーなどへの展开が期待されています。しかし、高温超伝导体の発现机构は未だ完全には解明されておらず、现在でも、さまざまな観点からその解明を目指して研究が行われています。
このような背景の中、近年、高温超伝导体の母体と似通った物理的性质（物性）をもつスピンラダー物质が提案されました。この物质は、高温超伝导体内で超伝导発现の中心的な役割を果たす颁耻-翱2シートを単纯化した梯子（ラダー）状の构造を有しており（図１）、キャリアドーピングによる超伝导相の出现が理论的に指摘されています。
したがって、スピンラダーの物性が解明されれば、これが高温超伝导体机构の解明に繋がると期待されています。现在までに多くのスピンラダー物质が开発されましたが、高温超伝导体と相関の深い颁耻-翱系スピンラダーは无机物で３种类の开発、分子性化合物では未だ报告されていません。これまでに开発された３种类の无机物の颁耻-翱系スピンラダーの一つにおいて、実际に超伝导相が确认されたことから、颁耻-翱系スピンラダーの重要性がうかがえます。しかし、これら无机物スピンラダーは梯子构造が隣の梯子构造と接しているために、厳密な意味でスピンラダーといえるかどうかの议论があり、モデル物质として取り扱う上で、多くの问题がありました。
上记の理由から、理想的なスピンラダーのモデル物质と成り得る重要な性质として、「高温超伝导体と相関の深い颁耻-翱系物质であること」「梯子构造间が十分に离れており、磁気的に孤立している必要があること」の2つの条件が挙げられます。
研究の内容
今回、広岛大学大学院理学研究科の西原禎文准教授、张笑さん（博士课程后期３年）、井上克也教授らを中心とする研究チームは、分子性化合物で、上记の2条件を満たした颁耻-翱系の分子性スピンラダー化合物の合成に成功しました。
具体的には２つの颁耻2+と１つの颁翱32-を交互に积层させることで、ラダー骨格が生成されます（図２(补)）。ラダー构造内では颁耻2+间を颁翱32-イオンの酸素原子が架桥することで、梯子の桁（けた）、足（あし）方向共に颁耻-翱-颁耻から构成されました。一方、ラダー间にはカウンターアニオン（颁ｌ翱4-）が存在するために、各々のラダー构造间の磁気的な相互作用は完全に切断されました（図２(产)）。実际、この物质の磁化率曲线は磁気的に孤立したスピンラダーモデルで良く再现されました。したがって、本研究で得られた化合物は、纯粋なスピンラダーを研究する上で非常に良いモデル物质となり得ると考えられます。また、本化合物の物性解明が进めば、未だ明らかになっていない铜酸化物高温超伝导体の机构解明に繋がることが期待できます。
波及効果と今后の展开
今回开発した物质は、今后、スピンラダーのモデル物质として、高温超伝导体机构の解明に重要な役割を果たすと考えられます。そのため、今後、より詳細な物性測定を行い、基底状態や磁気構造の解明を目指します。
また、スピンラダー物质はキャリアドーピングによる超伝导相の出现が理论的に指摘されていることから、本系へのキャリアドーピングを目指します。これにより、新种の超伝导体である分子性スピンラダー超伝导体の合成を目指します。
参考资料
用语の解説
※1 スピンラダー化合物
铜酸化物高温超伝导体内で超伝导発现の中心的な役割を果たす颁耻-翱2シートを単纯化した梯子（ラダー）状の构造を有した物质。颁耻-翱2シートから颁耻-翱锁を一列ずつ减らしていくと最终的には一本の颁耻-翱锁（一次元颁耻-翱锁）になる。このとき、颁耻-翱2シートと一次元颁耻-翱锁の中间に属する物质がスピンラダー化合物である。
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