Study on stripe-type antiferro magnetic cuprates with the two-leg ladder structure

• Project/Area Number: 18K03531
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Section: 一般
• Review Section: Basic Section 13030:Magnetism, superconductivity and strongly correlated systems-related
• Research Institution: Tohoku University
• Principal Investigator: Yoshinori Imai 東北大学, 理学研究科, 准教授 (30435599)
• Project Period (FY): 2018-04-01 – 2021-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2020)
• Budget Amount: ¥4,420,000 (Direct Cost: ¥3,400,000、Indirect Cost: ¥1,020,000); Fiscal Year 2020: ¥910,000 (Direct Cost: ¥700,000、Indirect Cost: ¥210,000); Fiscal Year 2019: ¥910,000 (Direct Cost: ¥700,000、Indirect Cost: ¥210,000); Fiscal Year 2018: ¥2,600,000 (Direct Cost: ¥2,000,000、Indirect Cost: ¥600,000)
• Keywords: 銅酸化物超伝導体 / 鉄系超伝導体 / 高圧合成 / 銅酸化物高温超伝導体 / スピン梯子構造 / ストライプ型反強磁性 / 低温物性

Outline of Final Research Achievements

In this study, we investigated the electronic properties of a copper oxide ACu2O3 with a two-legged ladder structure. By using a high-pressure synthesis method, we have established a method to prepare Mg1-xLixCu2O3, and have succeeded in extending the solid solution limit for Li from x = 0.12 to x = 0.60. The temperature dependence of the electrical resistivity in Mg1-xLixCu2O3 is insulator-like, despite the finite contribution of the electronic specific heat. This is due to the localization of the doped hole carriers, which is caused by the chemical disorder of the atomic sites.

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

鉄系梯子型超伝導体と全く同じストライプ型反強磁性秩序を示す屈曲した梯子面を有する銅酸化物に関する研究を行なった．その結果，試料作製技術に関して，高圧合成法を用いることによって，従来困難であった高いホール濃度を実現する手法を確立した．また，広いホール濃度にわたって系統的な物性測定を実施したことによって，屈曲した梯子面を有する銅酸化物の電子状態に関する知見を得た．特に，原子サイトの乱れによって，ドープしたホールキャリアが局在化しており，この物質の電子状態に大きな影響を与えていることを明らかにした．

Research Products

• [Journal Article] High-pressure synthesis of heavily hole-doped cuprates Mg1?xLixCu2O3 with quasi-one-dimensional structure (2020)
  • Author(s): Imai Yoshinori、Sasaki Koya、Aoyama Takuya、Shirasaki Kenji、Yamamura Tomoo、Ohgushi Kenya
  • Journal Title: Physical Review B Volume: 101 Issue: 24 Pages: 245112-245112
  • DOI: 10.1103/physrevb.101.245112
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Structural, electrical, magnetic, and optical properties of iron-based ladder compounds BaFe2(S1?xSex)3 (2020)
  • Author(s): Imaizumi Satoshi、Aoyama Takuya、Kimura Ryota、Sasaki Koya、Nambu Yusuke、Avdeev Maxim、Hirata Yasuyuki、Ikemoto Yuka、Moriwaki Taro、Imai Yoshinori、Ohgushi Kenya
  • Journal Title: Physical Review B Volume: 102 Issue: 3 Pages: 035104-035104
  • DOI: 10.1103/physrevb.102.035104
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Hydrated lithium intercalation into the Kitaev spin liquid candidate material α?RuCl3 (2019)
  • Author(s): Imai Yoshinori、Konno Katsuya、Hasegawa Yoshinao、Aoyama Takuya、Ohgushi Kenya
  • Journal Title: Physical Review B Volume: 99 Issue: 24 Pages: 1-7
  • DOI: 10.1103/physrevb.99.245141
  • Peer Reviewed
• [Presentation] キタエフスピン液体候補物質α-RuCl3における超高速スピンダイナミクス III (2021)
  • Author(s): 天野辰哉, 大橋拓純, 川上洋平, 伊藤弘毅, 今野克哉, 青山拓也, 今井良宗, 大串研也, 若林裕助, 後藤貫太, 中村優斗, 岸田英夫, 米満賢治, 岩井伸一郎
  • Organizer: 日本物理学会第76回年次大会
• [Presentation] 層状ハニカム構造を有する半金属RuI3の結晶構造と物性 (2021)
  • Author(s): 那波和宏, 今井良宗, 藤原秀行, 髙橋遼太郎, 萩原雅人, 鳥居周輝, 奥山大輔, 平岡巧, 山田和奏, 青山拓也, 後藤弘匡, 大串研也, 佐藤卓
  • Organizer: 日本物理学会第76回年次大会
• [Presentation] Kitaevスピン液体候補物質RuX3 (X = Cl, Br, I)の配位子置換効果 (2021)
  • Author(s): 藤原秀行, 今井良宗, 山田和奏, 平岡巧, 青山拓也, 髙橋遼太郎, 那波和宏, 萩原雅人, 奥山大輔, 鳥居周輝, 川股隆行, 後藤弘匡, 加藤雅恒, 佐藤卓, 大串研也
  • Organizer: 日本物理学会第76回年次大会
• [Presentation] α-RuX3(X=Br,I)における核四重極共鳴およびゼロ磁場NMR (2021)
  • Author(s): 清水康弘, 大橋尚将, 伊藤正行, 山田和奏, 藤原秀行, 今井良宗, 大串研也
  • Organizer: 日本物理学会第76回年次大会
• [Presentation] 単結晶BaFe2X3(X=S, Se)の57Fe核共鳴前方散乱法による研究 (2021)
  • Author(s): 神田智弘, 池田修悟, 永澤延元, 今泉聖司, 青山拓也, 今井良宗, 大串研也, 小林寿夫
  • Organizer: 日本物理学会第76回年次大会
• [Presentation] 梯子型鉄系化合物 BaFe2(S1-xSex)3 における圧力下電気抵抗測定-II (2020)
  • Author(s): 野島綸斗, 青山拓也, 今井良宗, 大串研也
  • Organizer: 日本物理学会2020年秋季大会
• [Presentation] ハニカム格子磁性体RuCl3の光電子分光 (2020)
  • Author(s): 角田卓弥, 島岩泰暉, 溝川貴司, 今野克哉, 青山拓也, 今井良宗, 大串研也, N. Saini
  • Organizer: 日本物理学会2020年秋季大会
• [Presentation] Kitaevスピン液体候補物質ルテニウムハライドの高圧合成 (2020)
  • Author(s): 今井良宗, 山田和奏, 藤原秀行, 青山拓也, 髙橋遼太郎, 那波和宏, 萩原雅人, 奥山大輔, 鳥居周輝, 川股隆行, 後藤弘匡, 加藤雅恒, 佐藤卓, 大串研也
  • Organizer: 日本物理学会2020年秋季大会
• [Presentation] Kitaev模型候補物質ルテニウムハライドの結晶構造と磁気構造 (2020)
  • Author(s): 高橋遼太郎, 那波和宏, 萩原雅人, 奥山大輔, 鳥居周輝, 今井良宗, 山田和奏, 藤原秀行, 青山拓也, 後藤弘匡, 大串研也, 佐藤卓
  • Organizer: 日本物理学会2020年秋季大会
• [Presentation] 新しいキタエフスピン液体候補物質ルテニウムハライドの高圧合成 (2020)
  • Author(s): 今井良宗
  • Organizer: 新学術領域研究「量子液晶の物性科学」 量子物質開発フォーラム
• [Presentation] 梯子型鉄系化合物 BaFe2X3 (X = S および Se) における圧力誘起軌道スイッチング (2020)
  • Author(s): 青山拓也, 野島綸人, 山内徹, 今井良宗, 大串研也
  • Organizer: 第61回高圧討論会
• [Presentation] Ligand substitution effect of Kitaev-spin liquid candidate materials RuX3 (X=Cl, Br, and I) (2020)
  • Author(s): H. Fujihara, Y. Imai, W. Yamada, T. Aoyama, R. Takahashi, K. Nawa, M. Hagihala, D. Okuyama, S. Torii, T.Kawamata, H. Gotou, M.Kato, T. J. Sato, K.Ohgushi
  • Organizer: 令和２年度 新学術領域研究「量子液晶の物性科学」領域研究会
• [Presentation] Pressure-induced orbital switching in iron-based ladder material BaFe2(S1-xSex)3 (2020)
  • Author(s): Takuya Aoyama, Rinto Nojima, Yoshinori Imai, and Kenya Ohgushi
  • Organizer: 令和２年度 新学術領域研究「量子液晶の物性科学」領域研究会
• [Presentation] Alkali metal intercalation effect on a Kitaev spin liquid candidate material α-RuCl3 (2020)
  • Author(s): Katsuya Konno, Yoshinori Imai, Yoshinao Hasegawa, Takuya Aoyama, Kenya Ohgushi
  • Organizer: GP-Spin Student Organized Seminar 2020
• [Presentation] キタエフスピン液体候補物質α-RuCl3における超高速スピンダイナミクス II (2020)
  • Author(s): 天野辰哉, 赤嶺勇人, 大橋拓純, 川上洋平, 伊藤弘毅, 今野克哉, 長谷川慶直, 佐々木宏也, 青山拓也, 今井良宗, 大串研也, 若林裕助, 米満賢治, 岩井伸一郎
  • Organizer: 日本物理学会第75回年次大会
• [Presentation] アルカリ金属インターカレーション化合物AxRuCl3・yH2O(A = Li, K, Rb)の合成と物性 (2020)
  • Author(s): 今野克哉, 今井良宗, 大串研也
  • Organizer: 日本物理学会第75回年次大会
• [Presentation] 梯子型鉄系化合物BaFe2(S1-xSex)3における圧力下電気抵抗測定 (2020)
  • Author(s): 野島綸斗, 青山拓也, 今井良宗, 大串研也
  • Organizer: 日本物理学会第75回年次大会
• [Presentation] Kitaevスピン液体候補物質α-RuCl3へのアルカリ金属インターカレーション (2019)
  • Author(s): 今野克哉, 今井良宗, 長谷川慶直, 青山拓也, 大串研也
  • Organizer: 第4回固体化学フォーラム
• [Presentation] キタエフスピン液体候補物質α-RuCl3における超高速スピンダイナミクス (2019)
  • Author(s): 天野辰哉, 赤嶺勇人, 大橋拓純, 川上洋平, 伊藤弘毅, 長谷川慶直, 佐々木宏也, 青山拓也, 今井良宗, 大串研也, 岩井伸一郎
  • Organizer: 日本物理学会2019年秋季大会
• [Presentation] RuCl3のスピン軌道結合状態 (2019)
  • Author(s): 角田卓弥, 島岩泰暉, 溝川貴司, 今野克哉, 青山拓也, 今井良宗, 大串研也, N. Saini
  • Organizer: 日本物理学会2019年秋季大会
• [Presentation] Hydrated alkali metal intercalation into Kitaev spin liquid candidate material α-RuCl3 (2019)
  • Author(s): Yoshinori Imai
  • Organizer: AIMR Workshop on Quantum Materials and Spintronics: Spin, Topology and Superconductivity
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] 空間反転対称性の破れた磁性体Ba1-xKxMn2As2の磁気輸送現象 (2019)
  • Author(s): 工藤真裕, 江見知俊, 青山拓也, 今井良宗, 木村尚次郎, 大串研也
  • Organizer: 日本物理学会第74回年次大会
• [Presentation] Kitaevスピン液体候補物質α-RuCl3へのアルカリ金属インターカレーション (2019)
  • Author(s): 今野克哉, 今井良宗, 大串研也
  • Organizer: 日本物理学会第74回年次大会
• [Presentation] 擬一次元梯子型鉄系化合物BaFe2(Se1-xSx)3 の赤外分光 (2019)
  • Author(s): 木村遼太, 今泉聖司, 佐々木宏也, 池本夕佳, 森脇太郎, 青山拓也, 今井良宗, 大串研也
  • Organizer: 日本物理学会第74回年次大会