角度分解光電子分光による電子ドープ系銅酸化物高温超伝導体の研究

• Project/Area Number: 14J09200
• Research Category: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• Allocation Type: Single-year Grants
• Section: 国内
• Research Field: Biological physics/Chemical physics/Soft matter physics
• Research Institution: The University of Tokyo
• Principal Investigator: 堀尾 眞史 東京大学, 大学院理学系研究科, 特別研究員(DC1)
• Project Period (FY): 2014-04-25 – 2017-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2016)
• Budget Amount: ¥2,800,000 (Direct Cost: ¥2,800,000); Fiscal Year 2016: ¥900,000 (Direct Cost: ¥900,000); Fiscal Year 2015: ¥900,000 (Direct Cost: ¥900,000); Fiscal Year 2014: ¥1,000,000 (Direct Cost: ¥1,000,000)
• Keywords: 高温超伝導 / 銅酸化物 / 光電子分光 / 銅酸化物高温超伝導体 / 反強磁性 / アニール / 分子線エピタキシー(MBE)法

Outline of Annual Research Achievements

銅酸化物高温超伝導体は、母物質である反強磁性絶縁体にホールまたは電子をドープすることで高温超伝導が発現すると考えられてきた。しかし近年、電子ドープ型銅酸化物高温超伝導体の薄膜試料ではCe置換による電子ドープ無しに超伝導が発現することが報告され、ノンドープ超伝導と呼ばれて注目されている。試料合成後に行う還元アニールの手法の改良によって超伝導を阻害する不純物酸素がより効果的に取り除かれ、Ce置換無しに超伝導が発現したと考えられている。
このノンドープ超伝導体の電子構造を明らかにするため、今年度はノンドープ超伝導薄膜の角度分解光電子分光（ARPES）測定を行った。真空紫外光を用いた高分解能ARPES測定は非常に表面敏感であるため、表面を一度大気に曝してしまった試料の測定を行うことができない。そこで、2015年度に我々が確立した手法（Y. Krockenberger, M. Horio et al., Appl. Phys. Express 8, 053101 (2015).）でノンドープ超伝導薄膜を作成した後、非晶質のSeを蒸着して表面を保護した状態で放射光施設へ輸送し、測定用の真空槽への導入後に加熱によってSeを昇華させることで清浄な試料表面を用意した。ARPESで観測したフェルミ面の面積からキャリア量を見積もったところ、Ce置換していないにも関わらず、多量の電子がドープされていることがわかった。アニールによって酸素欠損が生じたために電子がドープされたと考えられる。
本研究は、電子ドープ型銅酸化物高温超伝導体のキャリア量はCe量だけでは決まらず、Ce置換していないノンドープ超伝導体にも多量の電子が含まれているということを示した点で、銅酸化物高温超伝導体の相図確立に大きく貢献するものである。

Research Progress Status

28年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

28年度が最終年度であるため、記入しない。

Research Products

• [Int'l Joint Research] Stanford Univeristy/SLAC National Accelerator Laboratory(米国)
• [Journal Article] Suppression of the antiferromagnetic pseudogap in the electron-doped high-temperature superconductor by "protect annealing" (2016)
  • Author(s): M. Horio, T. Adachi, Y. Mori, A. Takahashi, T. Yoshida, H. Suzuki, L. C. C. Ambolode II, K. Okazaki, K. Ono, H. Kumigashira, H. Anzai, M. Arita, H. Namatame, M. Taniguchi, D. Ootsuki, K. Sawada, M. Takahashi, T. Mizokawa, Y. Koike, A. Fujimori
  • Journal Title: Nature Communications Volume: 7 Issue: 1 Pages: 10567-10567
  • DOI: 10.1038/ncomms10567
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Fermi surfaces and p-d hybridization in the diluted magnetic semiconductorBa1-xKx(Zn1-yMny)2As2 studied by soft x-ray angle-resolved photoemission spectroscopy (2015)
  • Author(s): H. Suzuki, G. Q. Zhao, K. Zhao, B. J. Chen, M. Horio, K. Koshiishi, J. Xu, M. Kobayashi, M. Minohara, E. Sakai, K. Horiba, H. Kumigashira, Bo Gu, S. Maekawa, Y. J. Uemura, C. Q. Jin, and A. Fujimori
  • Journal Title: Phys. Rev. B Volume: 92 Issue: 23 Pages: 235120-235120
  • DOI: 10.1103/physrevb.92.235120
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] As-grown superconducting Pr2CuO4 under thermodynamic constraints (2015)
  • Author(s): Y. Krockenberger*, M. Horio*, H. Irie, A. Fujimori, H. Yamamoto (*Equally contributed)
  • Journal Title: Applied Physics Express Volume: 8 Issue: 5 Pages: 053101-053101
  • DOI: 10.7567/apex.8.053101
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Suppression of the antiferromagnetic pseudogap in the electron-doped high-temperature superconductor by “protect annealing” (2015)
  • Author(s): M. Horio, T. Adachi, Y. Mori, A. Takahashi, T. Yoshida, H. Suzuki, L. C. C. Ambolode Ⅱ, K. Okazaki, K. Ono, H. Kumigashira, H. Anzai, M. Arita, H. Namatame, M. Taniguchi, D. Ootsuki, K. Sawada, M. Takahashi, T. Mizokawa, Y. Koike, and A. Fujimori
  • Journal Title: arXiv Volume: 1502.03395 Pages: 1-23
  • Open Access
• [Journal Article] As-grown superconducting Pr2CuO4 under thermodynamic constraints (2015)
  • Author(s): Y. Krockenberger*, M. Horio*, H. Irie, A. Fujimori, and H. Yamamoto (*Contributed equally to this work)
  • Journal Title: Applied Physics Express Volume: 未定
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Spectromicroscopy of Electronic Phase Separation in KxFe2-ySe2superconductor (2014)
  • Author(s): M. Bendele, A. Barinov, B. Joseph, D. Innocenti, A. Ladecola, A. Bianconi, H. Takeya, Y. Mizuguchi, Y. Takano, T. Noji, T. Hatakeda, Y. Koike, M. Horio, A. Fujimori, D.Ootsuki,T. Mizokawa, N. L. Saini
  • Journal Title: Scientific Reports Volume: 4 Issue: 1 Pages: 1-5
  • DOI: 10.1038/srep05592
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Presentation] T’型銅酸化物母物質超伝導体Pr2CuO4薄膜の角度分解光電子分光 (2017)
  • Author(s): 堀尾眞史, 輿石佳佑, 中田勝, 萩原健太, 小林正起, 堀場弘司, 組頭広志, Y. Krockenberger, 入江宏, 山本秀樹, 藤森淳
  • Organizer: 日本物理学会第72回年次大会
  • Place of Presentation: 大阪大学（大阪府豊中市）
  • Year and Date: 2017-03-17
• [Presentation] ARPES of the superconducting parent compound of the electron-doped cuprates Pr2CuO4 (2017)
  • Author(s): M. Horio, K. Koshiishi, S. Nakata, K. Hagiwara, M. Kobayashi, K. Horiba, H. Kumigashira, Y. Krockenberger, H. Irie, H. Yamamoto
  • Organizer: CEMS-QPEC Symposium on Emergent Quantum Materials
  • Place of Presentation: Tokyo (Japan)
  • Year and Date: 2017-01-18
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] ARPESとXMCDで調べるSr2VFeAsO3-dにおける強磁性と超伝導の共存 (2017)
  • Author(s): 堀尾眞史, 岡崎浩三, 竹田幸治, 鈴木博人, 徐健, 輿石佳佑, 石上啓介, 芝田悟朗, 高橋文雄, 若林勇希, 坂本祥哉, 野中洋亮, 池田啓祐, 小林正起, 堀場弘司, 組頭広志, 小野寛太, 小出常晴, 斎藤祐児, 山上浩志, 並木宏允, 片桐隆雄, 笹川崇男, 藤森淳
  • Organizer: 第8回低温センター研究交流会
  • Place of Presentation: 東京大学（東京都文京区）
• [Presentation] 硬X線光電子分光と軟X線吸収分光で調べる銅酸化物母物質超伝導体Nd2CuO4薄膜の電子構造 (2017)
  • Author(s): 堀尾眞史, Y. Krockenberger, 山本航平, 横山優一, 田久保耕, 平田靖透, 坂本祥哉, 輿石佳佑, 保井晃, 池永英司, 辛埴, 山本秀樹, 和達大樹, 藤森淳
  • Organizer: ISSP-Workshop: SPring-8 BL07LSUが照らしだす物質機能の起源
  • Place of Presentation: 東大物性研（千葉県柏市）
• [Presentation] T’型銅酸化物母物質超伝導体Pr2CuO4薄膜の角度分解光電子分光 (2017)
  • Author(s): 堀尾眞史, 輿石佳佑, 中田勝, 萩原健太, 小林正起, 堀場弘司, 組頭広志, Y. Krockenberger, 入江宏, 山本秀樹, 藤森淳
  • Organizer: 2016年度量子ビームサイエンスフェスタ
  • Place of Presentation: つくば国際会議場（茨城県つくば市）
• [Presentation] 角度分解光電子分光で観測した電子ドープ型銅酸化物高温超伝導体の超伝導ギャップ (2016)
  • Author(s): 堀尾眞史, 輿石佳佑, 中田勝, 萩原健太, 扇太郎, 出田真一郎, 田中清尚, 足立匡, 小池洋二, 藤森淳
  • Organizer: UVSORシンポジウム2016
  • Place of Presentation: 岡崎コンファレンスセンター（愛知県岡崎市）
  • Year and Date: 2016-10-29
• [Presentation] T’型銅酸化物高温超伝導体Pr1.3-xLa0.7CexCuO4+dアンダードープ試料の角度分解光電子分光 (2016)
  • Author(s): 堀尾眞史, 輿石佳佑, 鈴木博人, 徐健, 野中洋亮, 扇太郎, 今野巧也, 高橋晶, 佐藤秀孝, 橋本信, D. Lu, Z. -X. Shen, 足立匡, 小池洋二, 藤森淳
  • Organizer: 日本物理学会2016年秋季大会
  • Place of Presentation: 金沢大学（石川県金沢市）
  • Year and Date: 2016-09-13
• [Presentation] Electronic structure of superconducting parent compound of T’-cuprate superconductors Nd2CuO4 studied by hard X-ray photoemission and soft X-ray absorption spectroscopies (2016)
  • Author(s): M. Horio, Y. Krockenberger, K. Yamamoto, Y. Yokoyama, K. Takubo, Y. Hirata, S. Shin, A. Yasui, E. Ikenaga, H. Yamamoto, H. Wadati, A. Fujimori
  • Organizer: International Symposium on New Horizons in Condensed Matter Physics
  • Place of Presentation: Tokyo (Japan)
  • Year and Date: 2016-06-18
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] T’型銅酸化物母物質超伝導体薄膜Nd2CuO4の硬X線光電子分光 (2016)
  • Author(s): 堀尾眞史, Yoshiharu Krockenberger, 山本航平, 横山優一, 田久保耕, 平田靖透, 辛埴, 保井晃, 池永英司, 山本秀樹, 和達大樹, 藤森淳
  • Organizer: 日本物理学会第71回年次大会
  • Place of Presentation: 東北学院大学（宮城県・仙台市）
  • Year and Date: 2016-03-19
• [Presentation] Hard X-ray photoemission and soft X-ray absorption spectroscopies on the superconducting parent compound of T’-cuprate superconductors Nd2CuO4 (2016)
  • Author(s): M. Horio, Y. Krockenberger, K. Yamamoto, Y. Yokoyama, K. Takubo, Y. Hirata, S. Shin, A. Yasui, E. Ikenaga, H. Yamamoto, H. Wadati, A. Fujimori
  • Organizer: The 16-th Japan- Korea-Taiwan Workshop on Strongly Correlated Electron Systems
  • Place of Presentation: 東京大学（東京都・文京区）
  • Year and Date: 2016-02-19
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] 電子ドープ型銅酸化物高温超伝導体Pr1.3-xLa0.7CexCuO4の内殻光電子分光 (2016)
  • Author(s): 堀尾眞史, 芝田悟朗, 鈴木博人, 徐健, 輿石佳佑, 今野巧也, 高橋晶, 扇太郎, 佐藤秀孝, 小林正起, 簑原誠人, 堀場弘司, 組頭広志, 足立匡, 小池洋二, 藤森淳
  • Organizer: 日本放射光学会2016年年会
  • Place of Presentation: 東京大学（東京都・文京区）
  • Year and Date: 2016-01-09
• [Presentation] Impact of annealing on the electronic structure of the elelectron-doped cuprate superconductors (2016)
  • Author(s): M. Horio, T. Yoshida, H. Suzuki, G. Shibata, K. Okazaki, J. Xu, K. Koshiishi, Y. Mori, A. Takahashi, T. Konno, T. Ohgi, H. Sato, D. Ootsuki, T. Mizokawa, K. Ono, M. Kobayashi, M. Minohara, K. Horiba, H. Kumigashira, T. Anzai, M. Arita, H. Namatame, M. Taniguchi, T. Adachi, Y. Koike, A. Fujimori
  • Organizer: International USMM & CMSI Workshop: Frontiers of Materials and Correlated Electron Science from Bulk to Thin Films and Interfaces
  • Place of Presentation: 東京大学（東京都・文京区）
  • Year and Date: 2016-01-05
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] 光電子分光から見た電子ドープ型銅酸化物高温超伝導体におけるアニール効果 (2016)
  • Author(s): 堀尾眞史
  • Organizer: 高温超伝導フォーラム第4回会合
  • Place of Presentation: 金沢勤労者プラザ（石川県金沢市）
  • Invited
• [Presentation] X 線内殻光電子分光で調べる電子ドープ型銅酸化物高温超伝導体におけるアニール効果 (2015)
  • Author(s): 堀尾眞史, 芝田悟朗, 鈴木博人, 徐健, 輿石佳佑, 今野巧也, 高橋晶, 扇太郎, 佐藤秀孝, 小林正起, 簑原誠人, 堀場弘司, 組頭広志, 足立匡, 小池洋二, 藤森淳
  • Organizer: 第9回物性科学領域横断研究会
  • Place of Presentation: 東京大学（東京都・文京区）
  • Year and Date: 2015-11-13
• [Presentation] 電子ドープ型銅酸化物高温超伝導体Pr1.3-xLa0.7CexCuO4の内殻分光 (2015)
  • Author(s): 堀尾眞史, 芝田悟朗, 鈴木博人, 徐健, 輿石佳佑, 今野巧也, 高橋晶, 扇太郎, 佐藤秀孝, 小林正起, 簑原誠人, 堀場弘司, 組頭広志, 足立匡, 小池洋二, 藤森淳
  • Organizer: 日本物理学会2015年秋季大会
  • Place of Presentation: 関西大学（大阪府・吹田市）
  • Year and Date: 2015-09-16
• [Presentation] 強磁性と超伝導が共存するSr2VFeAsO3-dのARPESと内殻分光Ⅱ (2015)
  • Author(s): M. Horio, T. Katagiri, H. Namiki, K. Okazaki, H. Suzuki, J. Xu, K. Koshiishi, K. Ishigami, G. Shibata, Y. Takahashi, S. Sakamoto, Y. Nonaka, K. Ono, K. Horiba, M. Kobayashi, M. Minohara, E. Sakai, T. Koide, H. Kumigashira, T. Sasagawa, and A. Fujimori
  • Organizer: 日本物理学会第70回年次大会
  • Place of Presentation: 早稲田大学
  • Year and Date: 2015-03-21
• [Presentation] プロテクト・アニール”による電子ドープ型銅酸化物高温超伝導体の反強磁性擬ギャップの抑制 (2015)
  • Author(s): M. Horio, T. Adachi, Y. Mori, A. Takahashi, T. Yoshida, H. Suzuki, L. C. C. Ambolode Ⅱ, K. Okazaki, K. Ono, H. Kumigashira, H. Anzai, M. Arita, H. Namatame, M. Taniguchi, D. Ootsuki, K. Sawada, M. Takahashi, T. Mizokawa, Y. Koike, and A. Fujimori
  • Organizer: ISSPワークショップ「SPring-8 BL07LSUの現状と新たな高原に向けた取り組み」
  • Place of Presentation: 東京大学物性研究所
  • Year and Date: 2015-03-05
• [Presentation] ARPES and core-level spectroscopies of the coexistence of ferromagnetism and superconductivity in Sr2VFeAsO3-d (2014)
  • Author(s): M. Horio, T. Katagiri, H. Namiki, K. Okazaki, H. Suzuki, J. Xu, K. Koshiishi, K. Ishigami, G. Shibata, Y. Takahashi, S. Sakamoto, Y. Nonaka, K. Ono, K. Horiba, M. Kobayashi, M. Minohara, E. Sakai, T. Koide, H. Kumigashira, T. Sasagawa, and A. Fujimori
  • Organizer: International school: Multi-condensates superconductivity 2014
  • Place of Presentation: Erice, Italy
  • Year and Date: 2014-07-19 – 2014-07-25
• [Remarks] 反強磁性の影響がない高温超伝導状態を観測
  • URL: http://www.s.u-tokyo.ac.jp/ja/press/2016/4598/
• [Remarks] 超伝導の効果を妨げる磁性を排除した高温超伝導状態を観測
  • URL: http://www.u-tokyo.ac.jp/ja/utokyo-research/research-news/observation-of-high-temperature-superconductivity-without-effect-of-magnetism.html