応用物理学研修A

 

 

 

インターカレーション

intercalation

 

 

 

 

 

 

 

 

 

内容

 

超伝導物質に

 

 

 

層状化合物とは?

 

 

強い結合力で平面的に結合されたものが、弱い結合力で重なって層となったもの。

弱い結合

図 層状化合物のイメージ

 

共有結合等(強)

ファンデルワールス力、静電気力等(弱)

インターカレーションとは?

 

層の間の結合力は弱いので、結合を破って原子等を入れやすい。層状化合物の層の間に原子・分子等が入り込む現象をインターカレーション(intercalation)という。

 

図 インターカレーションのイメージ

<言葉の話>

インターカレーション

してどうなる?

 

 

その他インターカレーションの特性を利用し、層間吸着やイオン交換等にも使える。

 

インターカレーションによる

超伝導物質の作成

インターカレーションで

超伝導物質に

 

(もとは絶縁体)

LiNaでも同様)をインターカレーションすると、それぞれ転移温度Tc=15K、25.5Kの超伝導物質になる。

 

 

 

<研究によってわかったこと>

β―ZrNCl、β―HfNClの結晶構造

 

ホストはSmSI型の結晶構造。

Liをインターカレーションした後のホストの結晶構造はYOF構造となることが知られている。

β―ZrNCl、β―HfNClにおける

インターカレーション

β―ZrNClにて

β-ZrNClTc=15(K)

β-HfNClTc=25.5(K)  何故か?

<研究でわかったこと>

結晶内で最近接となっている、異なる層間のZr-Zr距離とHf-Hf距離とでは、

Zr-ZrHf-Hfとなっている。

 

 

伝導バンドを作る元素間の距離は、原子軌道の重なり積分tに影響する。

trd3d5

rd…原子のd軌道の広がり

d…原子同士の距離

重なり積分tはフェルミ準位近傍の状態密度

D(εf)と逆比例している。

D(εf)∝t-1

状態密度比…β-ZrNCl:β-HfNCl11.17

つまりバンドを作る元素間が離れると、フェルミ準位近傍の状態密度は増す。

BCS理論の式

Tc1.33θdexp(−1/D(εfV

θd…デバイ温度

D(εf)…フェルミ面での状態密度

V…電子・フォノン相互作用

 

 

<>→t<>D(εf<>Tc<>

 

 

今後の展望

 

物質の構造 ⇔ Tc

より高いTcをもつ

超伝導物質の開発

(超伝導発現機構の解明)