電子ドープ型銅酸化物高温超伝導体における擬ギャップ現象の核磁気共鳴法による解明

• Project/Area Number: 21K03439
• 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: Chiba University
• Principal Investigator: 深澤 英人 千葉大学, 大学院理学研究院, 准教授 (90361443)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 大濱 哲夫 千葉大学, 大学院理学研究院, 准教授 (80345008) ; 川股 隆行 東京電機大学, システム デザイン 工学部, 教授 (00431601) ; 杉本 高大 慶應義塾大学, 理工学部(矢上), 講師 (70756072)
• Project Period (FY): 2021-04-01 – 2025-03-31
• Project Status: Granted (Fiscal Year 2023)
• Budget Amount: ¥4,160,000 (Direct Cost: ¥3,200,000、Indirect Cost: ¥960,000); Fiscal Year 2023: ¥1,040,000 (Direct Cost: ¥800,000、Indirect Cost: ¥240,000); Fiscal Year 2022: ¥910,000 (Direct Cost: ¥700,000、Indirect Cost: ¥210,000); Fiscal Year 2021: ¥2,210,000 (Direct Cost: ¥1,700,000、Indirect Cost: ¥510,000)
• Keywords: 擬ギャップ / 高温超伝導 / 核磁気共鳴 / 超伝導

Outline of Research at the Start

本研究においては、様々なドープ量の電子ドープ型高温超伝導体に対してNMRを適用し、擬ギャップ現象がどのようなドープ域で現れるのかを明らかにし、正常状態において観測される反強磁性相関とどのような関係にあるかについて解明することを主な目的とする。また、電子状態を理論計算することにより、電子ドープ型における擬ギャップ現象の起源について検証する。具体的には、常伝導・超常伝導状態における核スピン・格子緩和率測定およびナイトシフト測定を行なうことにより、擬ギャップ温度や反強磁性相関の強さ、超伝導対称性の同定を行なう。

Outline of Annual Research Achievements

銅酸化物高温超伝導体はその発見以来、母物質である反強磁性モット絶縁体にキャリアを注入することにより超伝導が発現すると考えられてきた。しかし、近年Nd2CuO4構造いわゆるT’構造をもつ電子ドープ型高温超伝導体において、過剰酸素を取除くことにより、電子をドープしなくても超伝導が発現する可能性が示された。しかし、一方で実験的に示されてきたこのノンドープ超伝導は、実は酸素がCuO2面から取り除かれ電子ドープが起こっており、その超伝導は従来通りのドープされたモット絶縁体としての高温超伝導であるとも、最近の研究では指摘されている。また、これまでにT'型の銅酸化物高温超伝導体においても擬ギャップ現象が本質的に存在することが明らかになってきており、この擬ギャップの起源を探ることが本研究課題の重要な目標である。さらに、擬ギャップ現象と関連して強相関電子系における量子臨界現象と磁性について研究することも重要であり、本年度も周辺物質に関しても研究を行なった。
銅酸化物に関しては、T’-Pr1.3-xLa0.7CexCuO4について、アニールの仕方を変えた試料に注目し、系統的に63,65Cu核、139La核のNMR測定を行ない、超伝導対称性および反強磁性ゆらぎの有無・強さを明らかにした。結果として、アニールの効果が、Ceの置換量に依存することが明確になった。具体的には、Ce量が増えるほど、アニールにより除去される酸素量が増えることがわかった。
さらに、単体金属であるalpha-Mnの圧力誘起磁気秩序相におけるゼロ磁場NMRについて、この物質の量子臨界点（約4.5 GPa）が厳密には一次相転移であることを明らかにした。

Current Status of Research Progress

3: Progress in research has been slightly delayed.

Reason

研究が当初の最終年度を越したのは遅れたと言わざるを得ない。本研究課題で目標とする電子ドープ型銅酸化物高温超伝導体の本質的な基底状態を明らかにするための試料作製に若干遅れが生じたためである。その中でも、PLCCOのアニール効果にやalpha-Mnの圧力誘起磁気秩序相の消失点について明らかにすることができたことは、充分な成果であると考えている。

Strategy for Future Research Activity

T'-La1.8-xEu0.2(Sr,Ca)0.2CuO4の試料を受け取り次第、すぐにでもNMR測定を開始できる。これについて確実に行ない、考察を行なう。
重い電子系超伝導体Ce3PtIn111については、希釈冷凍機温度において超伝導状態の研究を引き続き目指す。
単体金属alpha-Mnについては、常圧でのスペクトルの温度変化から詳細な磁気構造の解明を目指す。

Research Products

• [Int'l Joint Research] ポーランド科学アカデミー(ポーランド)
• [Int'l Joint Research] ポールシェラー研究所(スイス)
• [Int'l Joint Research] ポーランド科学アカデミー(ポーランド)
• [Int'l Joint Research] ポールシェラー研究所(スイス)
• [Int'l Joint Research] ポーランド科学アカデミー(ポーランド)
• [Int'l Joint Research] ポールシェラー研究所(スイス)
• [Journal Article] Zero-Field NMR of α-Mn up to 5 GPa (2024)
  • Author(s): Fujita Go、Kawanabe Fumiya、Fukazawa Hideto、Ohama Tetsuo、Kohori Yoh、Kitagawa Kentaro、Iwamoto Kaisei、Araki Shingo、Kobayashi Tatsuo C.
  • Journal Title: Journal of the Physical Society of Japan Volume: 93 Issue: 2 Pages: 023707-023707
  • DOI: 10.7566/jpsj.93.023707
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] NMR Study of α-Mn Exhibiting Anomalous Hall Effect under High Pressure (2023)
  • Author(s): Fukazawa H.、Fujita G.、Shioda N.、Ohama T.、Kohori Y.、Iwamoto K.、Araki S.、Kobayashi T. C.
  • Journal Title: J. Phys.: Conf. Ser. Volume: 38 Pages: 011071-011071
  • DOI: 10.7566/jpscp.38.011071
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] 63, 65Cu, 139La-NMR study of Electron-doped High Temperature Cuprate Superconductor T'-La1.8Eu0.2CuO4-y Fy (2022)
  • Author(s): H. Fukazawa, Y. Lee, M. Watai, K. Tamura, T. Ohama, Y. Kohori, T. Sunohara, K. Shiosaka, R. Nagaoka, T. Kawamata and Y. Koike
  • Journal Title: J. Phys.: Conf. Ser. Volume: 2164 Issue: 1 Pages: 012003-012003
  • DOI: 10.1088/1742-6596/2164/1/012003
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Determination of the magnetic structures in the heavy fermion superconductor Ce3PtIn11 (2022)
  • Author(s): N. Shioda , K. Kumeda, H. Fukazawa,T. Ohama, Y. Kohori, D. Das, J. Blawat, D. Kaczorowski, and K. Sugimoto
  • Journal Title: J. Phys.: Conf. Ser. Volume: 2164 Issue: 1 Pages: 012032-012032
  • DOI: 10.1088/1742-6596/2164/1/012032
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Zero-Field NMR for the Pressure-Induced Phase of α-Mn (2022)
  • Author(s): Shioda Naoki、Fukazawa Hideto、Ohama Tetsuo、Kohori Yoh
  • Journal Title: Journal of the Physical Society of Japan Volume: 91 Issue: 2
  • DOI: 10.7566/jpsj.91.023709
  • NAID: 210000159592
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] 63,65Cu, 139La-NMR study of Electron-doped High Temperature Cuprate Superconductor T'- La1.8Eu0.2CuO4-yFy (2022)
  • Author(s): H. Fukazawa, Y. Lee, M. Watai, K. Tamura, T. Ohama, Y. Kohori, T. Sunohara, K. Shiosaka, R. Nagaoka, T. Kawamata and Y. Koike
  • Journal Title: J. Phys.: Conf. Ser. Volume: 2164 Pages: 12003-12003
• [Journal Article] Sudden Suppression of Internal Magnetic Fields under High Pressure in α-Mn (2021)
  • Author(s): Ito Tomoaki、Fukazawa Hideto、Shioda Naoki、Kataoka Yuki、Ohama Tetsuo、Kohori Yoh
  • Journal Title: Journal of the Physical Society of Japan Volume: 90 Issue: 8 Pages: 085001-085001
  • DOI: 10.7566/jpsj.90.085001
  • NAID: 210000159177
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Determination of the magnetic q vectors in the heavy fermion superconductor Ce3PtIn11 (2021)
  • Author(s): Shioda Naoki、Kumeda Kazuki、Fukazawa Hideto、Ohama Tetsuo、Kohori Yoh、Das Debarchan、Blawat Joanna、Kaczorowski Dariusz、Sugimoto Koudai
  • Journal Title: Physical Review B Volume: 104 Issue: 24
  • DOI: 10.1103/physrevb.104.245119
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Presentation] T’-Pr1.3-xLa0.7CexCuO4に対するdynamic anneal の効果の NMR による研究 (2024)
  • Author(s): Lee Yongsun, 田村 昂磨, 長谷川 佳紀, 〇深澤 英人, 大濱 哲夫, 小堀 洋, 永久保 侑祐, 森谷 要, 田島 一輝, 洲村 拓哉, 佐藤 秀孝, 川股 隆行, 足立 匡, 小池 洋二
  • Organizer: 日本物理学会2024年春季大会
• [Presentation] 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の検証 (2023)
  • Author(s): 深澤英人，Lee Yongsun, 田村昂磨, 長谷川佳紀, 大濱哲夫, 小堀洋, 永久保侑祐, 田島一輝, 川端公貴, 高橋晶, 川股隆行, 足立匡, 小池洋二
  • Organizer: 第129 回日本物理学会九州支部例会
• [Presentation] 対向アンビルセルを用いたα-Mnのゼロ磁場NMR (2023)
  • Author(s): 深澤英人，藤田剛，川鍋郁弥，大濱哲夫，小堀洋，北川健太郎、岩本凱成，荒木新吾，小林達生
  • Organizer: 第64回高圧討論会
• [Presentation] 単結晶α-Mnの対向アンビルセルを用いた圧力下ゼロ磁場NMR (2023)
  • Author(s): 藤田剛, 川鍋郁弥, 深澤英人, 大濱哲夫, 小堀洋, 北川健太郎, 岩本凱成, 荒木新吾, 小林達生
  • Organizer: 日本物理学会第78回年次大会
• [Presentation] 単結晶α-Mnの圧力下ゼロ磁場NMR (2023)
  • Author(s): 藤田剛, 川鍋郁弥, 深澤英人, 大濱哲夫, 小堀洋, 北川健太郎, 岩本凱成, 荒木新吾, 小林達生
  • Organizer: 日本物理学会2023年春季大会
• [Presentation] NMR study under high pressure of alpha-Mn exhibiting anomalous Hall effect (2022)
  • Author(s): H. Fukazawa, N. Shioda, G. Fujita, T. Ohama, Y. Kohori, K. Iwamoto, S. Araki, and T. C. Kobayashi
  • Organizer: 29th International Conference on Low Temperature Physics (LT29)
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] ホールドープ型銅酸化物高温超伝導体T' - La1.8-xEu0.2SrxCuO4 (x = 0.025, 0.050, 0.100)の 63Cu,139La - NMR (2022)
  • Author(s): 田村昂磨, Lee Yongsun, 長谷川佳紀, 深澤英人, 大濱哲夫, 小堀洋, 足立匡, 川股隆行, 春原稔樹, 塩坂浩太, 長岡凌生, 小池洋二
  • Organizer: 日本物理学会2022年秋季大会
• [Presentation] 電子ドープ型銅酸化物高温超伝導体T’-Pr1.3-xLa0.7CexCuO4（x = 0.05）のNMR (2022)
  • Author(s): Lee Yongsun, 田村昂磨, 深澤英人, 大濱哲夫, 小堀洋, 永久保侑祐, 田島一輝, 川端公貴, 高橋晶, 川股隆行, 足立匡, 小池洋二
  • Organizer: 日本物理学会2022年年次大会
• [Presentation] ホールドープ型銅酸化物高温超伝導体T'-La1.775Eu0.2Sr0.025CuO4の63Cu NMRによる研究 (2021)
  • Author(s): 田村昂磨, LeeYongsun, 深澤英人, 小堀洋, 春原稔樹, 塩坂浩太, 長岡凌生, 川股隆行, 小池洋二, 大濱哲夫
  • Organizer: 日本物理学会2021年秋季大会
• [Presentation] 63,65Cu,139La-NMR study of Electron-doped High Temperature Superconducting Cuprates (2021)
  • Author(s): Yongsun Lee, Masaki Watai, Hideto Fukazawa, Tetsuo Ohama, Yoh Kohori, Akira Takahashi, Toshiki Sunohara, Kota Shiosaka, Takayuki Kawamata, Koki Kawabata, Kazuki Tajima, Tadashi Adachi and Yoji Koike
  • Organizer: Meaterials Research Meeting 2021
  • Int'l Joint Research