2014 Fiscal Year Annual Research Report
スピン軌道相互作用とヤンテラー効果が競合する遷移金属化合物の電子状態と光制御
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14J07601
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| Research Institution | The University of Tokyo |
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Principal Investigator |
杉本 拓也 東京大学, 理学系研究科, 特別研究員(DC1)
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2014-04-25 – 2017-03-31
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| Keywords | 鉄系超伝導体 / 電子ネマティック状態 / p電子系超伝導体 / 角度分解光電子分光 / X線吸収分光 / EXAFS |
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| Outline of Annual Research Achievements |
鉄系超伝導体Fe(Se,Te)および(Fe,Ru)(Se,Te)の角度分解光電子分光(ARPES)実験を行った。Fe 3d yz/zx軌道のヤンテラー的な分裂を伴うnematic相と分裂を伴わない非nematic相が共存するという重要な発見に至った。この成果は、鉄系超伝導体における軌道自由度の役割を理解する上で大きなインパクトを与えるものである。鉄サイトにRuをドープした系では、non-nematic状態がより強くなりnematic状態が抑えられていた。この原因は、Ruが局所的に軌道秩序しているnematic状態を破壊している、あるいはFe(Se,Te)のFeSeとFeTeは均等に混ざっておらず、それぞれがrichな領域でFeSe-likeなnematic状態とFeTe-likeなnon-nematicが共存しており、Teの増加によってnematic状態を破壊している可能性があることを提唱した。
また、新超伝導体として注目を集めているBiS2系超伝導体RE(O,F)BiS2については、強磁性と超伝導が共存しているRE=Ceについて研究を行った。この系において、酸素サイトのフッ素置換が、電子構造及び結晶の局所構造にどのような影響を与えるか硬X線を用いたX線吸収分光(XANES,EXAFS)実験を行った。XANESから、Fドープにより価数揺動系から近藤系へのcrossoverを示唆する結果が得られた。またEXAFSにより局所構造変化も得ることができ、Bi-S-Ceのexchange pathが重要であると提唱し、論文を投稿した。また、XANESで得られた結果にAnderson不純物模型での計算を行い、この系の物性を担うパラメタの値を見積もった。さらに、母物質とフッ素ドープ量が50%のものについて、偏光依存性を利用したARPES実験も行い、軌道分離及び擬一次元性を持つことを明らかにした。また、超伝導発現のpairing機構は、拡張s波である可能性が高いことを提唱した。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
私の博士課程の研究目標は、研究対象の『電子状態の系統的理解及び光制御』である。初年度は、電子状態の観測及び理解。二年目には、光照射下での実験や、初年度に得た知見を用いた理論計算。そして、三年目には、それらデータをまとめ、再現性も確認しながら『電子状態の系統的理解及び光制御』に結び付ける予定である。
昨年度（初年度）において、鉄系超伝導体Fe(Se,Te)系において、Fe 3d yz/zx軌道のヤンテラー的な分裂を伴うnematic相と分裂を伴わない非nematic相が共存するという重要な発見に至った。
新規超伝導体物質Ce(O,F)BiS2では、ARPESとXANES/EXAFSから、Fermi面を担う電子の軌道分離、超伝導発現におけるpairingが拡張s波である可能性、そしてCeの原子価状態や局所構造を明らかにした。
つまり、私の初年度の目標である『電子状態の観測及び理解』は概ね順調に進展していると言える。
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| Strategy for Future Research Activity |
鉄系超伝導体Fe(Se,Te)および(Fe,Ru)(Se,Te)については、nematic状態がTeドープによってどのように変化するか、また同一のTe含有量のもとで、そこにRuが入った時にnematic状態がどのように変化するかを確かめる必要がある。よって、ARPESにを用いてnematic状態のTe依存性及びRuを含む遷移金属置換依存性を調べる。ARPESについては、光照射下での実験も予定しており、nematic/non-nematic状態及び超伝導特性が、光照射によってどのように変化するかを検証する。また、Feサイトへの遷移金属置換依存性については、多軌道d-p型ハミルトニアンに非制限Hartree-Fock法を用いた計算も行う予定である。このモデルでは、Feのd軌道だけでなく、カルコゲンのp軌道の対称性も考慮されている。
p電子系超伝導体であるCe(O,F)BiS2については、単結晶と多結晶で物性が異なるという問題がある。この問題を解決するため、多結晶で行ったXANES及びEXAFSを行い、電子状態の比較を行う。またCeサイトに他の希土類が入った時、超伝導転移温度に変化がある。その時の電子状態の変化を見るため、実験と理論計算両面から研究を行う。実験面では、ARPES及びXANES/EXAFSを行う予定である。ARPESについては、光照射の実験も予定しており、光照射によってBi 6p軌道にどのような影響を与えるかを検証する。非制限Hartree-Fock計算から電子状態の希土類依存性を明らかにしたい。非制限Hartree-Fock計算では、BiS2面の結合長を変化させることにより、化学圧力効果を表現できると期待している。
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[Journal Article] Anderson’s impurity-model analysis on CeO1－xFxBiS22015
Author(s)
Takuya Sugimoto, Boby Joseph, Eugenio Paris, Antonella Iadecola, Satoshi Demura, Yoshikazu Mizuguchi, Yoshihiko Takano, Takashi Mizokawa, and Naurang L. Saini
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Journal Title
Journal of Physics: Conference Series
Volume: 592
Pages: 012073-1(5pp)
DOI
Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
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[Presentation] T. Sugimoto, D. Ootsuki, K. Sawada, H. Anzai, M. Arita, H. Namatame, M. Taniguchi, M. Horio, K. Horiba, M. Kobayashi, K. Ono, H. Kumigashira, T. Inabe, T. Noji, Y. Koike, N. L. Saini, and T. Mizokawa2015
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