阪大、物質は密度に応じて半導体にも金属にもなりうることを実験的に立証

 

大阪大学(阪大)は、80万気圧を超える高圧化で半導体化した金属元素リチウム(Li)が、120万気圧を超える圧力下で再び金属へ戻ること、また、それらの変化には結晶構造変化が伴うことを実験的に観測したと発表した。

同成果は、同大 極限量子科学研究センターの松岡岳洋特任助教(当時)、清水克哉教授(当時)らによるもの。高輝度光科学研究センター(JASRI)と共同で行われた。詳細は、米国物理学会誌「Physical Review B」オンライン版に掲載された。

研究グループは、JASRIと共同で、80万気圧を超える高圧下において半導体化したLiが、120万気圧を超える圧力下で再び金属へ戻ること、またそれらの変化には結晶構造変化が伴うことを、大型放射光施設 SPring-8の高輝度放射光を用いた高圧実験を用いて、実験的に観測した。また、再金属化したLiは金属としては電気伝導性が低い一方で、超伝導の可能性を示唆する転移を低温で起こすことも明らかにした。

Liは、基本的な金属元素であるため、金属一般の物理的性質を理解する上で重要な役割を果たしてきた。つまり、究極的に圧縮された物質は金属状態に行き着くと想像されているが、今回の発見はそれが究極の姿ではなく、物質はその密度に応じて半導体にも金属にもなりうることを実験的に立証したものであるとしている。

今回の金属-半導体-金属転移の発見により、金属の物理的性質の理解をさらに深めることが期待されるとコメントしている。

今回使用された宝石用ダイヤモンドを用いた小型高圧装置のダイヤモンドアンビルセル。電極を試料に対向する一組のダイヤの間に挟み込み、高圧力を加えながら電気抵抗とX線回折を同時に測定できる



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