銅酸化物超伝導体の酸素制御に基づく局所構造変化が誘起する創発磁気現象の解明

• Project/Area Number: 19J12050
• Research Category: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• Allocation Type: Single-year Grants
• Section: 国内
• Review Section: Basic Section 13030:Magnetism, superconductivity and strongly correlated systems-related
• Research Institution: Tohoku University
• Principal Investigator: 浅野 駿 東北大学, 理学研究科, 特別研究員(DC2)
• Project Period (FY): 2019-04-25 – 2021-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2019)
• Budget Amount: ¥2,100,000 (Direct Cost: ¥2,100,000); Fiscal Year 2019: ¥1,100,000 (Direct Cost: ¥1,100,000)
• Keywords: 高温超伝導 / 銅酸化物超伝導体 / T*構造銅酸化物 / アニール効果 / 単結晶育成 / ミュオンスピン緩和 / 中性子散乱 / X線吸収分光

Outline of Research at the Start

銅酸化物超伝導体において、銅まわりの酸素の配位構造に依存した超伝導機構に注目が集まっている。本研究では、酸素制御により多彩な超伝導相図を示す平面4配位T’構造銅酸化物において、わずかな頂点酸素が系全体のスピン相関を変える新現象に着目し、CuO5ピラミッド構造を有するT*構造銅酸化物の研究を行なう。T*構造銅酸化物は、T’構造銅酸化物と対照的に、頂点酸素に欠損型の局所構造変化を与える。大型単結晶育成法と酸素制御法を確立し、頂点酸素欠損が誘起した磁気秩序相と超伝導相におけるスピン相関の違いを解明する。これらの研究から、局所構造変化が誘起する創発磁気現象の機構を明らかにし、銅酸化物超伝導機構に迫る。

Outline of Annual Research Achievements

本研究の目的は、T*構造銅酸化物を対象に頂点酸素位置の局所構造変化が系全体のスピン相関に与える影響と超伝導発現との関係性を微視的に明らかにすることである。そこで、本研究では、酸素アニールによる磁性の変化と超伝導発現の関係を系統的に調べてきた。今年度は、以下の5つの進展があった。
1．T*構造La1-x/2Eu1-x/2SrxCuO4に対して行ったミュオンスピン緩和実験、及び、電気抵抗率と磁化率測定の解析を行い、磁性に対する酸素アニール効果と超伝導発現の関係を明らかにした。本物質の磁気・超伝導相図を初めて明らかにした。
2．溶媒移動浮遊帯域融解法によりT*構造Nd1.6-xCexSr0.4CuO4の単結晶育成を試みた。融帯を長時間安定させるため、原料棒の焼結方法を改善し、5 mm角程度の大きさの単結晶を育成することに成功した。
3．T*構造La1-x/2Eu1-x/2SrxCuO4に対するO K端X線吸収分光実験を行った。酸素アニールによりホール量が増大する事、ホール量で整理した磁気・超伝導相図はホールドープ型T構造La2-xSrxCuO4の相図とよく類似することを明らかにした。
4．T*構造La1-x/2Eu1-x/2SrxCuO4の磁性に対する不純物置換効果をミュオンスピン緩和実験と磁化率測定により調べた。CuをZnやFeで置換した試料では、磁性が安定化した。T*構造銅酸化物においてもスピンゆらぎが超伝導発現に重要な役割を果たしていることを明らかにした。
5．T*構造La1-x/2Eu1-x/2SrxCuO4(x = 0.18)の磁性に対するF置換効果を調べた。F置換により電子ドープを施し、より低ドープ領域の磁性をミュオンスピン緩和実験により探索した。その結果、F置換によりスピン相関の発達する温度が大幅に上昇した。これは、T*構造母物質の基底状態解明に繋がる重要な結果である。

Research Progress Status

翌年度、交付申請を辞退するため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

翌年度、交付申請を辞退するため、記入しない。

Research Products

• [Journal Article] Revisiting the phase diagram of T*-type La1-x/2Eu1-x/2SrxCuO4 using O K-edge X-ray absorption spectroscopy (2020)
  • Author(s): Shun Asano, Kenji Ishii, Kohei Yamagami, Jun Miyawaki, Yoshihisa Harada, and Masaki Fujita
  • Journal Title: J. Phys. Soc. Jpn. Volume: 未決定
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Oxidation Annealing Effects on the Spin-Glass-Like Magnetism and Appearance of Superconductivity in T*-type La1?x/2Eu1?x/2SrxCuO4 (0.14 ? x ? 0.28) (2019)
  • Author(s): Asano Shun、Suzuki Kensuke M.、Kudo Kota、Watanabe Isao、Koda Akihiro、Kadono Ryosuke、Noji Takashi、Koike Yoji、Taniguchi Takanori、Kitagawa Shunsaku、Ishida Kenji、Fujita Masaki
  • Journal Title: Journal of the Physical Society of Japan Volume: 88 Issue: 8 Pages: 084709-084709
  • DOI: 10.7566/jpsj.88.084709
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Observation of two types of charge-density-wave orders in superconducting La2-xSrxCuO4 (2019)
  • Author(s): J. J. Wen, H. Huang, S.-J. Lee, H. Jang, J. Knight, Y.S. Lee, M. Fujita, K. M. Suzuki, S. Asano, S.A. Kivelson, C.-C. Kao, and J.-S. Lee
  • Journal Title: Nat. Commun. Volume: 10 Issue: 1 Pages: 3269-3269
  • DOI: 10.1038/s41467-019-11167-z
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Presentation] X線非弾性散乱によるT'構造Pr1.4-xLa0.6CexCuO4の縦波光学フォノンに対する還元アニール効果の研究 (2020)
  • Author(s): 浅野駿, 福田竜生, 内山裕士, 石川大介, A. Q. R. Baron, 藤田全基
  • Organizer: 日本物理学会2020年年次大会
• [Presentation] T*型La1-x/2Eu1-x/2SrxCuO4の磁性と超伝導に対するF置換効果の研究 (2020)
  • Author(s): 高濱元史，工藤康太，浅野駿，谷口貴紀，藤田全基
  • Organizer: 日本物理学会2020年年次大会
• [Presentation] ミュオンスピン緩和による T*構造La1-x/2Eu1-x/2SrxCuO4の磁性に対するアニール効果の研究 (2020)
  • Author(s): 浅野駿，鈴木謙介，工藤康太，渡邊功雄，幸田章宏，門野良典，野地尚，小池洋二，谷口貴紀，北川俊作，石田憲二，藤田全基
  • Organizer: 2019年度量子ビームサイエンスフェスタ
• [Presentation] Magnetism in T*-type La1-x/2Eu1-x/2SrxCuO4 studied by uSR measurement (2019)
  • Author(s): M. Fujita, S. Asano, K. Kudo, M. Takahama, I. Watanabe, A. Koda, R. Kadono
  • Organizer: Materials Research Meeting 2019
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] X線吸収微細構造解析によるLa1.8Eu0.2CuO4の電子状態に対するアニール効果の研究 (2019)
  • Author(s): 浅野駿, 石井賢司, 松村大樹, 辻卓也, 伊奈稔哲, 齋藤真, 春原稔樹, 川股隆行, 小池洋二, 工藤康太, 藤田全基
  • Organizer: 日本物理学会2019年秋季大会
• [Presentation] Cu K端XANESとEXAFSの相補利用によるノンドープ銅酸化物超伝導体La1.8Eu0.2CuO4の電子状態に対するアニール効果の研究 (2019)
  • Author(s): 浅野駿, 石井賢司, 松村大樹, 辻卓也, 伊奈稔哲, 齋藤真, 春原稔樹, 川股隆行, 小池洋二, 工藤康太, 藤田全基
  • Organizer: 第22回XAFS討論会
• [Presentation] Cu K端XANESによるT'構造Pr2-xCexCuO4の電子状態に対するアニール効果の研究 (2019)
  • Author(s): 浅野駿, 石井賢司, 松村大樹, 辻卓也, 伊奈稔哲, 鈴木謙介, 藤田全基
  • Organizer: 第22回XAFS討論会
• [Presentation] La-NMRによるT*構造La1-x/2Eu1-x/2SrxCuO4の磁性に関する研究 (2019)
  • Author(s): 谷口貴紀, 北川俊作, 石田憲二, 浅野駿, 野地尚, 藤田全基
  • Organizer: 日本物理学会2019年秋季大会
• [Presentation] ミュオンスピン緩和実験によるZn置換La1-x/2Eu1-x/2SrxCuO4のCuスピン相関の研究 (2019)
  • Author(s): 工藤康太, 岡部博孝, 幸田章宏, 門野良典, 浅野駿, 藤田全基
  • Organizer: 日本物理学会2019年秋季大会
• [Presentation] T'-Nd2-xCexCuO4 (x = 0.10)の還元アニールによる構造変化の研究 (2019)
  • Author(s): 御手洗誠, 坂倉輝俊, 木村宏之, 浅野駿, 藤田全基, 出井優, 今井明音, 足立匡, 岸本俊二
  • Organizer: 日本物理学会2019年秋季大会
• [Presentation] Reduction annealing effects on longitudinal optical phonons in T'-type Pr1.4La0.6CuO4 investigated by inelastic X-ray scattering (2019)
  • Author(s): S. Asano, T. Fukuda, A. Q. R. Baron, H. Uchiyama, and M. Fujita
  • Organizer: Specrtroscopies in Novel Superconductors
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Reduction annealing effects on charge and spin excitations in Nd2-xCexCuO4 studied by resonant inelastic x-ray scattering (2019)
  • Author(s): K. Ishii, S. Asano, M. Ashida, M. Fujita, J. Mizuki, B. Yu, M. Greven, J. Okamoto, A. Singh, D. J. Huang
  • Organizer: Specrtroscopies in Novel Superconductors
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Spin excitations in La2-xSrxCuO4:comparison of temperature dependence between RIXS and INS (2019)
  • Author(s): K. Ishii, S. Asano, M. Ashida, J. Okamoto, D. J. Huang, M. Fujita, J. Mizuki
  • Organizer: The 11th International Conference on Inelastic X-ray scattering
  • Int'l Joint Research