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鉄系高温超伝導体のドーピング制御と輸送現象・光学応答測定

Research Project

Project/Area Number 10J03443
Research Category

Grant-in-Aid for JSPS Fellows

Allocation TypeSingle-year Grants
Section国内
Research Field 物性Ⅱ(磁性・金属・低温)(実験)
Research InstitutionThe University of Tokyo

Principal Investigator

石田 茂之  東京大学, 大学院・理学系研究科, 特別研究員(DC2)

Project Period (FY) 2010 – 2011
Project Status Completed (Fiscal Year 2011)
Budget Amount *help
¥1,400,000 (Direct Cost: ¥1,400,000)
Fiscal Year 2011: ¥700,000 (Direct Cost: ¥700,000)
Fiscal Year 2010: ¥700,000 (Direct Cost: ¥700,000)
Keywords鉄系高温超伝導体 / 結晶合成 / 輸送現象
Research Abstract

鉄系高温超伝導体の母物質は磁気・構造相転移を起こす。元素置換(ドーピング)などによりこの相転移を抑制すると超伝導が発現する。ゆえに母物質の電子状態、超伝導相との関係を調べることは、超伝導発現機構を解明するうえで重要である。
この秩序状態では結晶が斜方晶となり長軸(a軸)と短軸(b軸)があり、スピンはa軸方向に反強磁性的に、b軸方向に強磁性的に配列する。従って秩序相の電子状態は本質的に異方的である。
代表的な鉄系高温超伝導体であるBa(Fe_<1-x>Co_x)_2As_2の良質単結晶を用いて、a、b軸各方向の面内電気抵抗率を測定した。母物質(x=0)では異方性が小さいことが明らかになった。また磁場中輸送現象測定から、磁気・構造相転移に伴うフェルミ面の再構成の後に残った電子と正孔が高い移動度を持ち、電気伝導に寄与することにより異方性が隠されていることを明らかにした。このことは、光学スペクトルにおいてa軸とb軸の両方で低エネルギー領域のドルーデ成分が支配的になっていることとも一致する。異方性は高エネルギー領域において顕著であることが明らかになった。
FeをCoで置換すると異方性が顕著になる(x=0.02,0.04)。特にx=0.04までは、異方性の大きさと残留抵抗率の大きさがともにCoの量におおよそ比例している。よって置換されたCoが異方的な散乱体となっていると考えられる。不純物散乱を媒介して、隠されていた異方性があらわになったといえる。光学スペクトル測定の結果からも、ドルーデ成分の異方性はキャリアの散乱時間に起因することが明らかになり、輸送現象の結果と対応している。
さらに置換量を増やすと(x≧0.05)超伝導が現れ、異方性は消失し、残留抵抗率も減少する。最適置換量(x=0.08)では異方性は観測されない。磁気・構造秩序相と超伝導相は競合しており、本質的に電子状態が異なることが明らかになった。

Current Status of Research Progress
Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

研究目的・計画に基づき、主にBaFe_2As_2系物質について、さまざまなドーピング量について良質な単結晶を合成し、精密な輸送現象測定を行うことができた。結晶の大型化に成功したものについては、光学応答測定も行った。得られた結果から、鉄系高温超伝導体の磁気・構造秩序相の電子状態に関する重要な情報を得ることができた。

Strategy for Future Research Activity

鉄系高温超伝導体の中でも最も高い超伝導臨界温度を持つLnFeAsO(Ln:ランタノイド元素)については輸送現象測定が可能な大きさの単結晶を得ることはできたが、光学応答測定など他の実験を行うにはまだ十分な大きさではない。高圧法による結晶合成について、合成条件の最適化を進めることに加え、金属封管法を用いた結晶合成も検討する。

Report

(2 results)
  • 2011 Annual Research Report
  • 2010 Annual Research Report
  • Research Products

    (17 results)

All 2011 2010

All Journal Article (7 results) (of which Peer Reviewed: 7 results) Presentation (10 results)

  • [Journal Article] Doping effect on the carrier scattering in iron-based superconductors studied by charge transport2011

    • Author(s)
      S.Ishida, et al
    • Journal Title

      J.of Phys.Chem.Solids

      Volume: 72 Issue: 5 Pages: 407-409

    • DOI

      10.1016/j.jpcs.2010.10.054

    • Related Report
      2011 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Superconducting gap in iron pnictides studied by optical spectroscopy2011

    • Author(s)
      M.Nakajima, S.Ishida, et al
    • Journal Title

      J.of Phys.Chem.Solids

      Volume: 72 Issue: 5 Pages: 511-513

    • DOI

      10.1016/j.jpcs.2010.10.049

    • Related Report
      2011 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Unprecedented anisotropic metallic state in undoped iron arsenide BaFe_2As2011

    • Author(s)
      M.Nakajima, T.Liang, S.Ishida, et al
    • Journal Title

      Proc.Nat.Acad.Sciences

      Volume: 108 Issue: 30 Pages: 12238-12242

    • DOI

      10.1073/pnas.1100102108

    • Related Report
      2011 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Manifestations of multiple-carrier charge transport in the magnetorestructurally ordered phase of BaFe_2As_22011

    • Author(s)
      S.Ishida, et al
    • Journal Title

      Phys.Rev.B

      Volume: 84 Issue: 18 Pages: 184514-184514

    • DOI

      10.1103/physrevb.84.184514

    • Related Report
      2011 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Characteristic charge transport in oxygen-deficiency-controlled Ln FeAsO_<1-y>(Ln=La and Nd)2010

    • Author(s)
      Shigeyuki Ishida, et al.
    • Journal Title

      Physica C

      Volume: 470

    • Related Report
      2010 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Optical response of FeAs-based compounds2010

    • Author(s)
      M.Nakajima, S.Ishida, et al.
    • Journal Title

      Physica C

      Volume: 470

    • Related Report
      2010 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Single Crystal Growth and Characterization of the Iron-Based Superconductor KFe_2As_2 Synthesized by KAs Flux Method2010

    • Author(s)
      K.Kihou, T.Saito, S.Ishida, et al.
    • Journal Title

      Journal of the Physical Society of Japan

      Volume: 79 Pages: 124713-124713

    • Related Report
      2010 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Presentation] Anisotropic charge transport in the magnetostructurally ordered phase of iron pnictides2011

    • Author(s)
      Shigeyuki Ishida
    • Organizer
      11th Korea-Japan-Tiwan Symposium on Strongly Correlated Electron System
    • Place of Presentation
      Jeju, Korea
    • Year and Date
      2011-02-11
    • Related Report
      2010 Annual Research Report
  • [Presentation] Ba(Fe_<1-x>Co_x)_2As_2の輸送特性とアニール効果2011

    • Author(s)
      石田茂之
    • Organizer
      基研研究会「鉄系高温超伝導の物理」
    • Place of Presentation
      京都大学基礎物理学研究所京都市
    • Related Report
      2011 Annual Research Report
  • [Presentation] Diminished in-plane anisotropy and prevailing multi-carrier charge transport2011

    • Author(s)
      S.Ishida
    • Organizer
      Search for new physics in transition metal compounds
    • Place of Presentation
      東北大学、仙台市(招待講演)
    • Related Report
      2011 Annual Research Report
  • [Presentation] n-plane resistivity and superconductivity of iron-pnictide superconducto2011

    • Author(s)
      S.Ishida
    • Organizer
      26th International Conference on Low Temperature Physics
    • Place of Presentation
      中国、北京
    • Related Report
      2011 Annual Research Report
  • [Presentation] 鉄ニクタイド系化合物の輸送特性とドーピング依存性42011

    • Author(s)
      石田茂之
    • Organizer
      日本物理学会2011年秋季大会
    • Place of Presentation
      富山大学、富山市
    • Related Report
      2011 Annual Research Report
  • [Presentation] In-plane resistivity anisotropy of underdoped iron pnictides2011

    • Author(s)
      S.Ishida
    • Organizer
      9th Workshop for A3 Foresight Program
    • Place of Presentation
      中国、海南島
    • Related Report
      2011 Annual Research Report
  • [Presentation] BaFe2As2の面内電気抵抗率の異方性のドーピング異方性2011

    • Author(s)
      石田茂之
    • Organizer
      日本物理学会2012年年次大会
    • Place of Presentation
      関西学院大学、西宮市
    • Related Report
      2011 Annual Research Report
  • [Presentation] Investigation of anisotropic transport properties of iron pnictides2010

    • Author(s)
      Shigeyuki Ishida
    • Organizer
      7th A3 Workshop (Kyoto Autumn School) in Kyoto
    • Place of Presentation
      ホテルルビノ京都堀川(京都府)
    • Year and Date
      2010-11-08
    • Related Report
      2010 Annual Research Report
  • [Presentation] AEFe_2As_2(AE=アルカリ土類金属元素)単結晶の異方的物性2010

    • Author(s)
      石田茂之
    • Organizer
      日本物理学会2010年秋季大会
    • Place of Presentation
      大阪府立大学
    • Year and Date
      2010-09-23
    • Related Report
      2010 Annual Research Report
  • [Presentation] Doping effect on carrier scattering in iron-pnictide superconductors studied by charge transport2010

    • Author(s)
      Shigeyuki Ishida
    • Organizer
      9th International Conference on Spectroscopies in Novel Superconductors (SNS2010)
    • Place of Presentation
      Fudan University, Shanghai
    • Year and Date
      2010-05-24
    • Related Report
      2010 Annual Research Report

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Published: 2010-12-03   Modified: 2024-03-26  

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