【研究領域課題番号】20K20562 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

高分子 / 超伝導 / 低温物性 / 化学ドーピング

【研究成果の概要】

本研究では、パイ共役系高分子において、固体中の電子相転移である超伝導転移を実現を目指した物質科学の研究を遂行した。無機凝縮系固体材料における超伝導は100年に渡り固体物理学の主役 であり、実験・理論の両側面から精力的に研究されている。様々な高温超伝導体が開発され、超電導リニアや量子アニーラ型コンピュータなどに応用されつつあ る。実施者は独自の材料設計及び電子状態の制御手法を用いて、室温で金属的な基底状態を有する高分子薄膜を開発した。特に、剛直な共役高分子鎖を自己組織的に配列させたのちに、ドーパント分子を周期的に導入する技術を基盤とし、高分子材料の物質科学と低温電子物性計測を組み合わせた多角的な研究を遂行した。その結果、キャリアドーピング量として1高分子ユニット あたり1電荷が実現された高伝導度高分子において、極低温において金属的な電子輸送が実現していることが明らかとなった。
本年度は、高分子材料だけでなく、単結晶状態を形成する低分子材料にも着目し、その電子状態の制御と電子相転移の可能性を模索した。精緻に配列した低分子結晶表面に高密度にキャリアドーピングを施した結果、有機半導体では世界初となる金属絶縁体転移を観測することに成功し、結晶表面において二次元電荷ガスを形成・制御することが可能となった。本結果は、分子の振動や欠陥などディスオーダーを有する系においても固体物理の予測する電子相転移が実現することを強く示唆し、超伝導転移の実現も可能であることが見出されつつある。

【研究種目】挑戦的研究(開拓)

【研究期間】2020-07-30 - 2023-03-31

【配分額】26,000千円 (直接経費: 20,000千円、間接経費: 6,000千円)

【研究分野】物性Ⅱ

【研究領域課題番号】22244045 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

超伝導 / 金属ドーピング / フェナセン系有機分子 / グラフェン / グラファイト / 二次元層状分子 / 圧力効果 / キャリアドーピング / トランジスタ / 二次元層状物質 / 有機炭化水素 / 炭素系物質 / 有機芳香族分子 / アニーリング / 電気化学反応 / 高圧合成 / 電界効果キャリア注入 / 炭素系分子 / 芳香族炭化水素超伝導 / 化学ドーピング / 電界効果ドーピング / 構造 / 電子状態

【研究成果の概要】

多環縮合炭化水素分子固体に対して、アルカリ金属原子を挿入することによる超伝導相の作製と、電界効果によって電気的な特性を制御することを目指した。アルカリ金属原子の挿入のためには、通常の高温加熱法のほかに、液体アンモニア法、電気化学的な手法を用いた。また、金属ドーピングならびに電界効果、電気化学金属ドーピングについては、有機芳香族系をグラフェン、グラファイト系、さらに、二次元層状無機物質にも拡張した。その結果、ピセン系で、18.5％の超伝導体積分率の超伝導試料を得ることに成功し、ゼロ電気抵抗の観測、圧力による超伝導転移温度の上昇を観測した。また、多様な金属挿入系超伝導相を得ることに成功した。

【研究種目】基盤研究(A)

【研究期間】2010-04-01 - 2015-03-31

【配分額】46,540千円 (直接経費: 35,800千円、間接経費: 10,740千円)