新規高Ｔｃ鉄系超伝導体の微小結晶・広光エネルギー角度分解光電子分光

• Project/Area Number: 15J08297
• Research Category: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• Allocation Type: Single-year Grants
• Section: 国内
• Research Field: Condensed matter physics II
• Research Institution: Okayama University
• Principal Investigator: 砂川 正典 岡山大学, 自然科学研究科, 特別研究員(DC2)
• Project Period (FY): 2015-04-24 – 2017-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2016)
• Budget Amount: ¥1,900,000 (Direct Cost: ¥1,900,000); Fiscal Year 2016: ¥900,000 (Direct Cost: ¥900,000); Fiscal Year 2015: ¥1,000,000 (Direct Cost: ¥1,000,000)
• Keywords: 鉄系高温超伝導 / 角度分解光電子分光 / 鉄系高温超伝導体

Outline of Annual Research Achievements

鉄系超伝導体の超伝導機構として、ブリルアンゾーンのΓ点のホールフェルミ面とM点の電子フェルミ面とのフェルミ面ネスティングによるスピン/軌道揺らぎ超伝導が提案されている。このメカニズムに基づくと、高Tcを担う電子構造にはホールフェルミ面と電子フェルミ面が共存していることが期待される。実際に、多くの高Tc鉄系超伝導体におけるホール・電子フェルミ面の共存が、角度分解光電子分光(ARPES)によって明らかにされてきた。しかしながら、Tc = 32 Kの超伝導を発現するKxFe2-ySe2は、ARPES先行研究ではホールフェルミ面が観測されておらず、ホール・電子フェルミ面間のネスティングが存在しないと考えられている。このフェルミ面トポロジーの違いは、鉄系超伝導体の超伝導機構の統一的な理解を困難にしている。本研究では、電子フェルミ面のみで構成されるフェルミ面トポロジーがKxFe2-ySe2の本質的な電子構造であるかという問題意識のもと、放射光ARPESを用いた電子構造の再検証を行った。この研究により、これまで観測されていない隠れたホールバンドの直接観測に成功した。バンド計算と対応からこのバンドがKxFe2-ySe2の本質的な電子構造であることを示した。加えてブリルアンゾーン全域での詳細測定から、隠れたホールバンドによるΓ点ホールフェルミ面の形成を示唆する結果を得た。以上の結果から、鉄系超伝導体の高Tcを担う電子構造の特徴がホール・電子フェルミ面の共存であることを提案した。
また先述の研究結果で得られた知見を元に、電子状態の温度変化について再検証を行った。バンド構造の温度変化を測定から、フェルミ準位近傍のバンド構造が１つの金属相では説明できないことを示す結果を得た。この研究結果は先行研究において提案されていた電子状態の温度変化を説明する理論モデル(軌道選択Mott相)の再検討を要請する。

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

• [Journal Article] Observation of a Hidden Hole-Like Band Approaching the Fermi Level in K-Doped Iron Selenide Superconductor (2017)
  • Author(s): Masanori Sunagawa, Kensei Terashima, Takahiro Hamada, Hirokazu Fujiwara, Tetsushi Fukura, Aya Takeda, Masashi Tanaka, Hiroyuki Takeya, Yoshihiko Takano, Masashi Arita, Kenya Shimada, Hirofumi Namatame, Masaki Taniguchi, Katsuhiro Suzuki, Hidetomo Usui, Kazuhiko Kuroki, Takanori Wakita, Yuji Muraoka, Takayoshi Yokoya
  • Journal Title: Journal of Physical Society of Japan Volume: 85 Issue: 7 Pages: 073704-073704
  • DOI: 10.7566/jpsj.85.073704
  • Peer Reviewed / Open Access / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Observation of intrinsic half-metallic behavior of CrO2 (100) epitaxial films by bulk-sensitive spin-resolved PES (2017)
  • Author(s): Hirokazu Fujiwara, Masanori Sunagawa, Kensei Terashima, Tomoko Kittaka, Takanori Wakita, Yuji Muraoka, Takayoshi Yokoya
  • Journal Title: Journal of Electron Spectroscopy and Related Phenomena Volume: 印刷中
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Preparation of TaO2 thin film using NbO2 template layers by a pulsed laser deposition technique (2016)
  • Author(s): Y. Muraoka, Y. Fujimoto, M. Kameoka, Y. Matsuura, M. Sunagawa, K. Terashima, T. Wakita, T. Yokoya
  • Journal Title: Thin Solid Films Volume: 599 Pages: 125-132
  • DOI: 10.1016/j.tsf.2015.12.066
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Comparative ARPES Study on Iron-Platinum-Arsenide Superconductor Ca10(Pt4As8)(Fe2－xPtxAs2)5 (x = 0.25 and 0.42) (2015)
  • Author(s): M. Sunagawa, R. Yoshida, T. Ishiga, K. Tsubota, T. Jabuchi, J. Sonoyama, S. Kakiya, D. Mitsuoka, K. Kudo, M. Nohara, K. Ono, H. Kumigashira, T. Oguchi, T. Wakita, Y. Muraoka, T. Yokoya
  • Journal Title: Journal of the Physical Society of Japan Volume: 84 Issue: 5 Pages: 055001-055002
  • DOI: 10.7566/jpsj.84.055001
  • NAID: 210000133564
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Intrinsic spin polarized electronic structure of CrO2 epitaxial film revealed by bulk-sensitive spin-resolved photoemission spectroscopy (2015)
  • Author(s): Hirokazu Fujiwara, Masanori Sunagawa, Kensei Terashima, Tomoko Kittaka, Takanori Wakita, Yuji Muraoka, and Takayoshi Yokoya
  • Journal Title: Applied Physics Letter Volume: 106 Issue: 20 Pages: 202404-202407
  • DOI: 10.1063/1.4921629
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Two-dimensional electronic structure of La and P co-doped CaFe2As2 studied by ARPES (2015)
  • Author(s): Masanori Sunagawa, Toshihiko Ishiga, Koji Tsubota, Taihei Jabuchi, Junki Sonoyama, Keita Iba, Kazutaka Kudo, Minoru Nohara, Kanta Ono, Hiroshi Kumigashira, Tomohiro Matsushita, Masashi Arita, Kenya Shimada, Hirofumi Namatame, Masaki Taniguchi, Takanori Wakita, Yuji Muraoka & Takayoshi Yokoya
  • Journal Title: Photon Factory Activity Report 2014 Part A "Highlights” Volume: 32 Pages: 22-23
  • Open Access
• [Presentation] Angle-resolved Photoemission Spectroscopy Study on RbxFe2-ySe2 superconductor (2017)
  • Author(s): M. Sunagawa, K. Terashima, H. Fujiwara, T. Fukura, A. Takeda, M. Tanaka, H. Takeya, Y. Takano, M. Arita, K. Shimada, H. Namatame, M. Taniguchi, K. Suzuki, H. Usui, K. Kuroki, T. Wakita, Y. Muraoka, T. Yokoya
  • Organizer: The 21st Hiroshima International Symposium on Synchrotron Radiation
  • Place of Presentation: 広島大学 東広島キャンパス
  • Year and Date: 2017-03-02
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Temperature-dependent Angle-resolved Photoemission Spectroscopy Study on KxFe2-ySe2 superconductor (2017)
  • Author(s): M. Sunagawa, K. Terashima, H. Fujiwara, T. Fukura, A. Takeda, M. Tanaka, H. Takeya, Y. Takano, M. Arita, K. Shimada, H. Namatame, M. Taniguchi, K. Suzuki, H. Usui, K. Kuroki, T. Wakita, Y. Muraoka, T. Yokoya
  • Organizer: The 21st Hiroshima International Symposium on Synchrotron Radiation
  • Place of Presentation: 広島大学 東広島キャンパス
  • Year and Date: 2017-03-02
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Electronic Structure of AxFe2-ySe2 (A=K,Rb) superconductor studied by ARPES (2016)
  • Author(s): M. Sunagawa, K. Terashima, T. Fukura, A. Takeda, H. Fujiwara, M. Tanaka, H. Takeya, Y. Takano, M. Arita, K. Shimada, H. Namatame, M. Taniguchi, K. Suzuki, H. Usui, K. Kuroki, T. Wakita, Y. Muraoka, T. Yokoya
  • Organizer: International Workshop on Superconductivity and Related Functional Materials 2016
  • Place of Presentation: 物質・材料研究機構(NIMS)
  • Year and Date: 2016-12-22
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] 角度分解光電子分光によるAxFe2-ySe2 (A=K,Rb)の電子状態研究 (2016)
  • Author(s): 砂川正典, 寺嶋健成, 濱田貴裕, 藤原弘和, 竹田彩, 福良哲司, 田中将嗣, 竹屋浩幸, 高野義彦, 有田将司, 島田賢也, 生天目博文, 谷口雅樹, 鈴木雄大, 臼井秀知, 黒木和彦, 脇田高徳, 村岡祐治, 横谷尚睦
  • Organizer: 日本物理学会2016年春季大会
  • Place of Presentation: 金沢大学 角間キャンパス
  • Year and Date: 2016-09-15
• [Presentation] KxFe2-ySe2の角度分解光電子分光Ⅱ (2015)
  • Author(s): 砂川正典、寺島健成、濱田貴裕、藤原弘和、、竹田彩、福良哲司、田中将嗣、竹屋浩幸、高野義彦、有田将司、島田賢也、生天目博文、谷口雅樹、鈴木雄大、臼井秀知、黒木和彦、脇田高徳、村岡祐治、横谷尚睦
  • Organizer: 日本物理学会2015年秋季大会
  • Place of Presentation: 関西大学千里山キャンパス
  • Year and Date: 2015-09-16