光電子分光および時間分解電子線回折による鉄系超伝導体の研究

• Project/Area Number: 14J10674
• 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: 園部 竜也 東京大学, 工学系研究科, 特別研究員(DC2)
• Project Period (FY): 2014-04-25 – 2016-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2015)
• Budget Amount: ¥2,000,000 (Direct Cost: ¥2,000,000); Fiscal Year 2015: ¥900,000 (Direct Cost: ¥900,000); Fiscal Year 2014: ¥1,100,000 (Direct Cost: ¥1,100,000)
• Keywords: 鉄系超伝導体 / 光電子分光

Outline of Annual Research Achievements

鉄系超伝導体における超伝導発現に軌道自由度の果たす役割を明らかにするため, BaFe2(As,P)2, Na(Fe,Co)As, Fe(Se,S)の3つの鉄系超伝導体系について広範囲の組成・温度領域にわたる系統的な角度分解光電子分光測定を行い, 各系において軌道異方性の見られる領域を決定した。
BaFe2(As,P)2における軌道異方性は, 斜方晶・反強磁性相および超伝導相を覆う範囲に広がっている一方で, Na(Fe,Co)AsおよびFeSeにおいて軌道異方性は構造相転移とほぼ同温において生じ, 構造相転移の消失する組成において軌道異方性も消失することが明らかになった。スピン・格子自由度の振る舞いとの比較から, 構造相転移に伴うスピン揺らぎの増大が軌道秩序に由来するものである可能性など複数の系にわたる共通点が見られた。また, Fe(Se,S)のように構造相転移が軌道秩序に由来する可能性のある系の存在を指摘した。
観測された軌道異方性と超伝導との間には直接的な関係は見られなかった。構造相転移以上以上における軌道異方性が軌道揺らぎを観測しているとすると, BaFe2(As,P)2においては軌道揺らぎがスピン揺らぎと協調的に発達し, 超伝導形成に有利に寄与している可能性が考えられることを示唆した。
上記のように, 本研究において系統的に観測した軌道異方性と擬ギャップの温度・組成依存性は, 物質系に応じて多様な振る舞いを示す一方で, いくつかの共通点を見出すこともできる。これらの知見は, 多自由度の競合する鉄系超伝導体における常伝導状態およびそこから発現する超伝導状態を理解する上で, 重要な指針を与えるものである。

Research Progress Status

27年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

27年度が最終年度であるため、記入しない。

Research Products

• [Journal Article] Momentum-Dependent Sign Inversion of Orbital Order in Superconducting FeSe (2015)
  • Author(s): Y. Suzuki, T. Shimojima, T. Sonobe, A. Nakamura, M. Sakano, H. Tsuji, J. Omachi, K. Yoshioka, M. Kuwata-Gonokami, T. Watashige, R. Kobayashi, S. Kasahara, T. Shibauchi, Y. Matsuda, Y. Yamakawa, H. Kontani, and K. Ishizaka
  • Journal Title: Phys. Rev. B Volume: 92 Issue: 20 Pages: 205117-205117
  • DOI: 10.1103/physrevb.92.205117
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Lifting of xz/yz orbital degeneracy at the structural transition in detwinned FeSe (2014)
  • Author(s): T. Shimojima, Y. Suzuki, T. Sonobe, A. Nakamura, M. Sakano, J. Omachi, K. Yoshioka, M. Kuwata-Gonokami, K. Ono, H. Kumigashira, A. E. Böhmer, F. Hardy, T. Wolf, C. Meingast, H. v. Löhneysen, H. Ikeda, K. Ishizaka
  • Journal Title: Physical Review B Volume: 90 Issue: 12 Pages: 121111-121111
  • DOI: 10.1103/physrevb.90.121111
  • Peer Reviewed
• [Presentation] 角度分解光電子分光によるBaFe2As2系における軌道秩序相の研究 (2015)
  • Author(s): 園部竜也，下志万貴博，中島正道, 内田慎一, 木方邦宏, 李哲虎, 伊豫彰, 永崎洋, 石坂香子
  • 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 – 2015-03-24
• [Presentation] BaFe2(As,P)2におけるxz/yz軌道の不均衡 (2014)
  • Author(s): 園部竜也，下志万貴博，中村飛鳥, 中島正道, 内田慎一, 木方邦宏, 李哲虎, 伊豫彰, 永崎洋, Ashish Chainani, 大浦正樹, 石坂香子
  • Organizer: 京都大学基礎物理学研究所研究会
  • Place of Presentation: 京都大学
  • Year and Date: 2014-10-21 – 2014-10-22