未来物質領域M1コロキウム 2011年11月2日 第2発表者
窪田 和久 （清水研究室）
清水 克哉
Superconductivity of Beryllium under high pressure
Recently, a lot of superconducting transition temperatures Tc of elements are found to be enhanced under high pressure. For example, the Tcof lithium below 0.4 mK at ambient pressure, but under high pressure, the Tc rises up 20 K.[1] Alkaline-earth metals are not superconductivity at ambient pressure, but they can be superconductors at pressures. Especially, calcium’s Tc achieves 29 K, which is the highest Tc in elements.[2] Beryllium is an element that the atomic number is 4 and it belongs to group II. Its ambient condition crystal structure of hcp is maintained 171 GPa. What is interesting with beryllium is its very high Debye temperature. In BCS theory, it is expected that Tc is proportional to Debye temperature. So, one can expected that beryllium has high Tc. But at ambient pressure, beryllium’s Tc is 24.38 mK, it is very low. So this time, I researched the effect of pressure in beryllium with electrical resistance measurement. I found that the Tc rose up with applied pressure and reached to 3.7 K at 30 GPa.
高圧下におけるベリリウムの超伝導探索
近年、多くの単体元素の超伝導が圧力を印加することにより超伝導転移温度Tcが大幅に上昇することが発見されてきている。 中でもリチウムは、常圧力下においては0.4 mK以下の非常に低いTcしか示さないが、圧力を印加することにより20 Kまで上昇することが報告されている。 また、アルカリ土類金属は、常圧力下では超伝導を示さないが、圧力を印加することで超伝導を示し、 中でもカルシウムにおいては、現在単体元素として最高の29 Kを示すことが知られている。 ベリリウムは原子番号4倍のII族に属する元素で、その構造は171 GPaまでhcpであることが知られている。 その他に特徴として、デバイ温度が非常に高いことがあげられる。BCS理論によると、Tcはデバイ温度に比例すると予想されており、 ベリリウムは高いTcを持つと予想される。しかし常圧力下においてそのTcは24 mKと非常に低い。 そこで、本研究ではベリリウムのTcが圧力下で上昇することを予想して、高圧力下電気抵抗測定による超伝導探索を行った。 その結果、圧力下でTcが上昇することを観測し、約30 GPaでTc が3.7 Kに到達することを発見した。
[1] K. Shimizu, et al., Nature 419, 597-599 (2002)
[2] M. Sakata., et al., PRB 83, 220512 (2011)