黒鉛を超伝導にする不純物原子の配列を解明―新たな超伝導材料の開発に指針：奈良先端科学技術大学院大学/岡山大学/高輝度光科学研究センター/大阪大学/物質・材料研究機構
(2016年11月4日発表)
奈良先端科学技術大学院大学と岡山大学、(公財)高輝度光科学研究センター、大阪大学、(国)物質・材料研究機構の研究グループは11月4日、黒鉛を超伝導状態にする不純物原子の配列像を解明したと発表した。黒鉛が超伝導になる仕組みを理解し、新たな超伝導材料を探索していく上で重要な知見が得られたという。
鉛筆の芯の材料でもある黒鉛にカリウムなどの原子を混ぜると極低温下で電気抵抗がゼロの超伝導になることや、カリウムとカルシウムを組み合わせて添加すると超伝導温度を制御できることなどが知られている。しかし、これまでこうした不純物原子が黒鉛の中でどのような原子配列を取っているのかは謎だった。
研究グループは今回、X線を原子に照射して得られる光電子ホログラムという干渉模様を使って原子配列を可視化する光電子ホログラフィー法という技術を開発、この手法を用いて、炭素原子が蜂の巣状に繫がった黒鉛の格子間に挟まれているカリウム原子周辺の原子配列を可視的にとらえることに成功した。
また、黒鉛層間化合物に適した理論計算手法とソフトウェアを開発、光電子ホログラムから得られた原子配列モデルに基づき、理論計算でこの超伝導化合物のより精緻な原子構造を決定した。
原子配列を直接観察する技術や理論研究などの成果は、新たな超伝導材料の探索、開発において強力な指針となると期待されるという。
