Discovery Sagaサイレントキーワード俯瞰

超伝導 / 強相関電子系 / 電気化学 / リチウムイオン電池 / 二次元物質 / 酸化物エレクトロニクス / エピタキシャル薄膜 / 超伝導ドーム / 遷移金属酸化物 / 透明導電体 / Liイオン電池 / エピタキシャル成長

本研究は，二次元NbO2超伝導層の全貌を明らかにする研究である。初年度である昨年度には，その舞台となる二次元NbO2層を持つLi1－xNbO2の薄膜合成法を確立し，電子構造と二次元超伝導の観測に成功した。その結果，本研究の第一の目標である"NbO2超伝導層が理想的である"ことが証明され，本年度にPhysical Review B誌に原著論文が掲載された。
また本年度は，第二の目標である"NbO2超伝導層の全貌を解明する"ことに尽力した。その結果，以下の成果が得られた。
①[Li1－xNbO2電気化学デバイスの作製] 合成に成功したLi1－xNbO2エピタキシャル薄膜を電極としたLiイオン電気化学デバイスを作製した。そのデバイスに対して電圧を印加するとLiイオン電池の充電/放電反応が起こり，薄膜に含まれるLi量が連続的かつ可逆的に変調できることが明らかとなった。その結果，Li量xが様々かつ精密に調整されたLi1－xNbO2が同一試料で実現し，NbO2層の物性を詳細に調べられるようになった。
②[NbO2層における電子相の解明] Li1－xNbO2の物性のLi量依存性を調べると，本物質はバンド絶縁体からフェルミ液体金属を経由し，最終的に非フェルミ液体状態へと転移し超伝導ドームを生じることが明らかとなった。これは二次元NbO2三角格子にホールキャリアが導入されていくにつれて電子相関が増していき，その結果として超伝導ドームが生まれるという銅酸化物高温超伝導体の電子相図と対応する結果である。更に，近藤効果の発現など二次元NbO2三角格子に特有な現象も観測された。これらの結果は本研究の第二の目標である"NbO2超伝導層の全貌を解明できた"ことを表している。
これらの結果は原著論文としてまとまりつつあり，次年度に投稿予定である。

薄膜・表面 / 超伝導 / 光触媒 / 遷移金属酸化物 / エピタキシャル成長 / 電気化学セル / 金属－絶縁体転移 / イオン結晶 / エピタキシャル / 電気化学 / 表面・界面物性 / 超伝導材料・量子

遷移金属酸化物は，無毒性や化学的安定性のため，種々の電気化学セルに利用されている。本研究では，薄膜技術と電子相図を用いた解析手法とを組み合わせて，遷移金属酸化物の新しい電気化学的機能を見出すことを目的とした．主な研究成果は以下の通りである．（1）鉄系薄膜からなる光電極構造を様々に工夫した結果，水の光電気化学分解反応の効率が大幅に向上した．（2）チタン酸リチウム薄膜の完全かつ可逆的な超伝導体-絶縁体転移をリチウムイオンの電気化学ドーピングにより実現した．（3）酸化チタン薄膜における新しい超伝導相を発見した．我々の研究方法は，持続可能な社会の構築に役立つ新材料・新機能を見つける強力な方法といえる．

パルスレーザー堆積法 / エピタキシャル成長 / 超伝導 / 磁束ピニング / 臨界電流

4種類の励起波長を採用したパルスレーザー堆積法を用いて、BaFe2A2:Coの高品質薄膜が得られる条件を検討し、レーザーの波長が異なった場合であっても、最適な成長速度はすべて同じ0.3 nm/secで一定であることを明らかにした。さらに高い臨界温度が期待できるBaFe2As2:Pにその最適プロセスを適用し、本研究課題の目標値である臨界電流密度（Jc）10 MA/cm2にほぼ匹敵する7 MA/cm2にまでの高性能化に成功した。さらに、実際に応用に使われている金属テープ基板にも適用し、15 Tの強磁場下において最大で0.1 MA/cm2の実用レベルのJcを達成した。

【研究連携者】
松本祐司	東北大学	工学研究科	教授	(Kakenデータベース)
組頭広志	高エネルギー加速器研究機構	物質構造科学研究所	教授	(Kakenデータベース)
吉松公平	東京工業大学	物質理工学院	助教	(Kakenデータベース)

【研究協力者】
増子尚徳
中村研太郎
黒川輝
相馬拓人