후지사 유지 (Fujihisa Yuji), 국립 고급 산업 과학 기술 연구소 (Nakabachi Ryoji 의장) (이하 "AIST"), 정밀 크리스탈 바카라 주소 분석 그룹, 후지 하이사 유지 (Fujihisa Yuji)의 수석 연구원, Osaka University (의장 Hirano Toshio) (Osainperson Toshi) (이와 관련하여) Extreme Quantum Science 센터 (Toshio 의장) (이하 "Osaka University"라고 함) 및 고등 가벼운 과학 센터 (Shirakawa Tetsuhisa 의장), 고 브로드 광학 센터 (Shirakawa Tetsuhisa 의장)초전도 전이 온도 (tc)공개되었습니다
2011 년 오사카 대학교는 210 GPA (약 210 만 ATM)의 초고 압력 하에서 VII 단계의 칼슘을 가졌습니다tc원소 중에서 가장 높은 29K를 나타내었지만 결정 바카라 주소는 결정되지 않았습니다 이번에는대형 싱크로트론 방사선 시설Spring-8분말 X- 선 회절실험과 양자 화학 계산을 결합하여 칼슘 VII 단계의 결정 바카라 주소를 분석하여 독특하고 복잡하게 만듭니다호스트/게스트 바카라 주소
칼슘은이 결정 바카라 주소를 기반으로 한 가장 높은 요소입니다tc논리적으로 설명되었으며 과학적, 산업 수요tc의 더 높은 재료 설계로 이어질 것으로 예상됩니다
이 성과에 대한 자세한 내용은 National Journal of Science물리 검토 편지
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이번에 분석 된 칼슘 VII상의 결정 바카라 주소
녹색으로 표시된 호스트 바카라 주소와 파란색과 갈색으로 표시된 게스트 바카라 주소와 결합 |
초전도 재료는 저온에서 전기 저항력이 없으며 기본 연구뿐만 아니라 전기, 정보 및 통신, 의료 및 운송과 같은 광범위한 산업 분야에도 적용될 것으로 예상됩니다 따라서 높은 초전도 전이 온도 (tc)의 새로운 자료 검색은 전 세계적으로 경쟁적으로 수행되고 있습니다
한편, 단일 요소의 초전도성에 대한 연구는 물리적 현상을 단순화하기위한 기초, 특히 초전도성 메커니즘을 설명하기위한 기초이기 때문에 중요하다 100 개가 넘는 요소 중 수은을 포함한 30 개의 요소는 저온에서 초전도 적입니다 각 요소에 압력이 적용될 때, 정상적인 압력 하에서 초전도가 아닌 요소는 초전도가되고, 지금까지 총 53 개의 원소가 칼슘, 알칼리성 지구 금속과 함께 초전도성을 나타내는 것으로 확인되었다
오사카 대학교는 이전에 고압 하에서 칼슘에 대한 초전도성 측정 및 분말 X- 선 회절 실험을 수행했으며, 순차적으로 압력 변화가 뒤 따랐다위상 전환200 gpa 이상의 초 고압에서 VII 단계가 나타납니다 이는 요소 중 최고입니다tc(그림 1) 대부분의 다른 요소 중tc약 K이지만 칼슘입니다tc매우 높은 것은 아직 밝혀지지 않았습니다 또한, VII상의 결정 바카라 주소는 칼륨, 스트론튬, 바륨 등에서 발견되는 숙주 바카라 주소와 동일 할 것으로 예측되었지만 실험적으로는 이것이 정확한 지 여부는 확인되지 않았다
AIST는 분말 X- 선 회절 실험과 작은 샘플, 경고 화합물 및 고온, 저온 및 고압과 같은 특수 환경에서 샘플의 결정 바카라 주소 분석을 수행했습니다 전형적인 이상적인 샘플을 사용한 실험 및 분석과 달리, 목표는 샘플의 결정 바카라 주소에 대한 정보를 얻는 동시에 약한 회절 강도 및 제한된 회절 각도의 문제를 극복하는 것입니다
이번에는 대형 싱크로트론 방사선 시설Spring-8세 가지 기관에 의해 공동으로 수행되었습니다 결정 바카라 주소를 결정하는 것은 초전도성뿐만 아니라 물리적 특성 연구를 수행하는 데 가장 중요한 문제입니다
이 연구의 일부는 과학의 고급 과학 및 차세대 연구 개발 지원 프로그램 (문제 번호 : GR068), 과학 연구 자금 조달 기본 연구 (S) (문제 번호 : 19104009), 글로벌 COE 프로그램 (미래의 기능 및 미래의 기능성 재료의 양자 기능),Spring-8(상태 번호 : 2009a1893, 2011b0038)에 의해 수행되었습니다
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그림 1 : 칼슘의 점진적인 위상 전이 2 단계에서 초전도기까지 V 단계에서 한 번 약간 낮아졌지만 VII 단계에서 가장 높은 원소에 도달했지만 TC는 다시 상승합니다 "?" VII상의 결정 바카라 주소에서는 이론적 예측 만이며, 이는 그것이 결정되지 않았 음을 나타냅니다 |
고압에서 분말 X- 선 회절 실험을 수행하려면다이아몬드 모루 세포를 사용하여 고압이 생성되었습니다 다이아몬드 모루 세포의 샘플 크기는 매우 작으며 직경은 40 μm이고 두께는 15 µm이며 회절 강도는 약합니다 따라서 대규모 싱크로트론 방사선 시설은 X- 레이 소스로 사용됩니다Spring-8BL10XU의 고려 방사선이 사용되며 탐지기도 사용됩니다이미징 플레이트를 사용하여 분말 X- 선 회절 패턴을 측정 할 수 있습니다 칼슘은 210 gpa에서 상 VII로 위상 전이를 겪기 시작합니다 위상 전이가 완료된 241 GPA에서 분말 X- 선 회절 패턴을 사용하여 결정 바카라 주소 분석을 수행 하였다 칼륨과 같은 알려진 숙주 바카라 주소 (그림 2 (a)) 및 이론적 예측 바카라 주소 모델을 사용하여Rietvelt Analysis수행되었지만 회절 패턴은 충분히 일치하지 않았습니다 따라서, 알려진 숙주 및 게스트 바카라 주소의 격자가 4 배가되었고, 게스트 원자의 위치를 최적화하기 위해 Rietveld 분석이 수행되었고, 실제 측정 된 회절 패턴과 밀접하게 일치하는 회절 패턴을 보여주는 바카라 주소적 모델이 얻어졌다 (도 2 (b)) 그 후 칼슘 VII상의 결정 바카라 주소는 새롭고 알려진 숙주 및 게스트 바카라 주소 및 이론적 예측 바카라 주소 모델과 다르다는 것이 밝혀졌다
샘플 크기는 매우 작기 때문에 고안도 싱크로트론 방사선을 사용하더라도 회절 강도는 약했습니다 또한, 현재 바카라 주소적 모델은 결정 격자에 128 개의 원자를 함유하여 Rietbert 분석 만 사용하여 높은 정확도로 원자의 위치를 결정하기가 어렵다 따라서, 그것은 Rietbert 분석에 의해 초기 값으로 얻은 원자의 위치를 사용하여 양자 화학 계산의 한 유형입니다밀도 기능 이론 (DFT) 계산를 사용하여 바카라 주소적 최적화를 수행 할 때, 바카라 주소적 최적화 전후 원자의 위치는 잘 일치했다 또한, 얻어진 바카라 주소에 대해 내부 압력이 계산 될 때, 실험에 사용 된 압력이 잘 재현되었다 이러한 방식으로, Rietveld 분석 및 DFT 계산을 모두 활용하여 바카라 주소를 분석 하였다
아래 그림 2 (a)에 표시된 바와 같이, 숙주 바카라 주소에서, 갈색으로 표시된 게스트 원자는 수직 방향으로 사슬 모양으로 연결된다 아래의 칼슘 VII 상의 바카라 주소에는 그림 2 (b)가 사슬 방향으로 높이가 다른 두 가지 유형의 게스트 분자가 있습니다 이들은 A (갈색) 및 B (파란색)와 구별됩니다 A와 B가 연결되면 고체 제곱으로 표시된 고유 패턴이 나타납니다 (그림 2 (b)의 상단) 그러한 정기적 인 사슬 배열은 숙주-가스 원자 거리가 숙주-호스트 원자 거리와 동일한 수준에 가깝게 나타날 때 나타났다 241 GPA에서 원자 당 부피가 얻어진 바카라 주소로부터 결정되었을 때, 이는 정상 압력 하에서 부피의 약 5 분의 1이었다 다시 말해, 밀도는 약 5 배 더 높았다
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그림 2 (a) 칼륨 등에 나타나는 알려진 숙주/게스트 바카라 주소
상단 및 하단 다이어그램은 두 가지 방향에서보기를 보여줍니다
(b) 241 GPA에서 분석 된 칼슘 VII 상의 결정 바카라 주소
모든 구체는 칼슘 원자이지만 녹색은 숙주 바카라 주소를 나타내고 파란색과 갈색은 게스트 바카라 주소를 구성하는 원자를 나타냅니다 |
이 연구에서 얻은 결정 바카라 주소에 기초하여tc를 계산함으로써 초전도성과 결정 바카라 주소 사이의 관계를 설명하기위한 중요한 정보를 제공 할 수 있습니다 또한 이전보다 높습니다tc, 즉 새로운 고온 초전도체 인 자료가 성공적으로 설계된 경우, 전력 변속기 손실이 매우 낮은 고성능 자석 및 전력 변속기 케이블을 위해 와이어에 적용될 것으로 예상됩니다
이번에는 우수한 고압 실험 기술, 고 가상 방사선 원 및 결정 바카라 주소 분석 기술을 갖춘 3 개의 엔진 간의 협력으로 인해 칼슘 VII 단계의 바카라 주소적 분석이 성공했습니다
200 gpa 이상의 고압 하에서 복잡한 결정 바카라 주소를 설명함으로써, 우리는 새로운 단계를 탐색하고 다른 요소의 결정 바카라 주소를 명확하게 할 계획이다 또한, 우리의 크리스탈 바카라 주소 분석 기술은 고압과 관련된 영역뿐만 아니라 소량의 분말로 합성 된 새로운 재료에도 적용될 수 있으므로 초전도체, 리튬 이온 배터리 재료, 수소 저장 재료 등의 바카라 주소적 분석에 사용할 계획입니다
독립 행정 기관, 국립 선진 산업 과학 기술 연구소
측정 프론티어 리서치 부서, 정밀 결정 바카라 주소 분석 그룹
최고 연구원 Fujihisa Yuji 이메일 : hiroshifujihisa * aistgojp ( @로 변경하고 보내주세요)