複数モード光電子分光による新規BiS2系層状超伝導体の電子構造の研究

2015 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 15H03691
• Research Institution: Okayama University
• Principal Investigator: 横谷 尚睦 岡山大学, 自然科学研究科, 教授 (90311646)
• Project Period (FY): 2015-04-01 – 2018-03-31
• Keywords: BiS2系超伝導体 / 電子状態 / 光電子分光

Outline of Annual Research Achievements

BiS2系超伝導体の超伝導機構の解明を目指し、複数のモードの光電子分光を有機的に用いてREO1-xFxBiS2 (RE=Rare Earth)を中心として常伝導・超伝導電子状態を実験的に研究した。以下に具体的な研究実績の概要を述べる。

[1] CeO1-xFxBiS2の軟X線内殻光電子分光および軟X線3d-4f共鳴光電子分光を行った。3d-4f閾値をまたぐ光エネルギーにおいて、フェルミ準位近傍の電子状態に顕著な増大は見いだされなかった。この結果は、Ce4f電子は局在状態にあり伝導特性に主要な役割を果たしていないことをしめす。

[2] LaO1-xFxBiS2(x=0.23)の真空紫外線ARPES を行い、フェルミ面とバンド構造を観測した。x~0.5試料のフェルミ面とバンド構造との比較から、xの変化に伴い価電子帯全体は非リジッドバンド的に変化すること、フェルミ面の面積が変化することを見いだした。これらの結果は、 LaO1-xFxBiS2においてはTcとフェルミ準位上の状態密度との間に相関があることを示している。また、バンド計算では説明できない構造について、空間的／時間的な構造の歪みとの関連を考察した。

Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

超伝導状態の光電子分光研究については、多結晶試料の実験は光電子強度が弱く実験が難しいことが判明し、また、海外の放射光施設におけるARPES研究は課題が不採択のため実施できていない。一方、常伝導状態の電子状態の光電子分光研究は、計画していた研究項目を実施することができ、項目ごとの目標を達成することができている。全体的に見て、おおむね順調に進展していると考えている。

Strategy for Future Research Activity

超伝導ギャップ測定に関しては、引き続き共同利用申請を行う。他の研究項目については、計画計画に従って研究を進める。加えて、BiS2系超伝導体の特徴を調べるために、研究対象を関連物質にも広げて研究を行う。

Remarks

大学が発行する外部向け電子研究広報誌e-Bulletin (vol.11)の中で、Research Highlightsの一つとして研究成果（Electronic structure of optimally doped novel superconductor La(O,F)BiS2）が紹介された。

Research Products

• [Journal Article] Comparative ARPES studies of LaOxF1-xBiS2 (x=0.23 and 0.46) (2016)
  • Author(s): K. Terashima, T. Wakita, M. Sunagawa, H. Fujiwara, T. Nagayama, K. Ono, H. Kumigashira, M. Nagao, S.Watauchi, I. Tanaka, H. Okazaki, Y. Takano, Y. Mizuguchi, H. Usui, K. Kuroki, Y. Muraoka, T. Yokoya
  • Journal Title: J. Phys.: Conference Series Volume: 683 Pages: 012002
  • DOI: 10.1088/1742-6596/683/1/012002
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Bulk sensitive angle-resolved photoelectron spectroscopy on Nd(O,F)BiS2 (2016)
  • Author(s): K. Terashima, J. Sonoyama, M. Sunagawa, H. Fujiwara, T. Nagayama, T. Muro, M. Nagao, S. Watauchi, I. Tanaka, H. Okazaki, Y. Takano, Y. Mizuguchi, H. Usui, K. Suzuki, K. Kuroki, T. Wakita, Y. Muraoka, T. Yokoya
  • Journal Title: J. Phys.: Conference Series Volume: 683 Pages: 012003
  • DOI: 10.1088/1742-6596/683/1/012003
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Presentation] Ce 4f electronic states of CeO1-xFxBiS2 studied by SX-PES and XAS (2016)
  • Author(s): T. Wakita, K. Terashima, T. Hamada, H. Fujiwara, M. Minohara, M. Kobayashi, K. Horiba, H. Kumigashira, G. Kutluk, M. Nagao, S. Watauchi, I. Tanakae S. Demura, H. Okazaki, Y. Takano, Y. Mizuguchi, O. Miura, K. Okada, Y. Muraoka, T. Yokoya
  • Organizer: 第20回広島放射光国際シンポジウム
  • Place of Presentation: 広島大学東広島キャンパス（東広島）
  • Year and Date: 2016-03-16
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Photoemission studies on novel superconductors (2016)
  • Author(s): T. Yokoya, K. Terashima, T. Wakita, Y. Muraoka
  • Organizer: The kick-off meeting of the JSPS project "Development of international research network aiming for the realization of superconductive materials with high critical temperature
  • Place of Presentation: Okayama University
  • Year and Date: 2016-02-29
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] 新規超伝導体の電子状態研究と光電子分光 (2016)
  • Author(s): 横谷尚睦
  • Organizer: 平成27年度コミュニケーション事業「室温超伝導体を目指す物質調査」
  • Place of Presentation: 蔵王センタープラザ（山形）
  • Year and Date: 2016-01-25
  • Invited
• [Presentation] 角度分解光電子分光による新規超伝導の機構解明 (2016)
  • Author(s): 横谷尚睦
  • Organizer: 第29回日本放射光学会年会 放射光科学合同シンポジウムJSR2016
  • Place of Presentation: 東京大学柏の葉キャンパス駅前サテライト（千葉）
  • Year and Date: 2016-01-11
  • Invited
• [Presentation] Electronic structure of BiS2-based superconductors studied by photoemission spectroscopies (2015)
  • Author(s): T. Yokoya
  • Organizer: TMU International Symposium on “New Quantum Phases Emerging from Novel Crystal Structure”
  • Place of Presentation: Minami-Osawa Campus, Tokyo Metropolitan University
  • Year and Date: 2015-09-24
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] ARPES study on La(O,F)BiS2 using VUV and soft x-ray photons (2015)
  • Author(s): K. Terashima
  • Organizer: TU International Symposium on “New Quantum Phases Emerging from Novel Crystal Structure”
  • Place of Presentation: Minami-Osawa Campus, Tokyo Metropolitan University
  • Year and Date: 2015-09-24
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Ln(O,F)BiS2におけるフェルミ面形状と化学圧力効果：角度分解光電子分光 (2015)
  • Author(s): 寺嶋健成, 脇田高徳, 砂川正典, 藤原弘和, 濱田貴裕, 長尾雅則, 綿打敏司, 田中功, 小野寛太, 組頭広志, 岡崎宏之, 高野義彦, 臼井秀知, 黒木和彦, 鈴木雄大, 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（大阪）
  • Year and Date: 2015-09-16
• [Remarks] OKAYAMA UNIV. e-Bulletin
  • URL: http://www.okayama-u.ac.jp/user/kouhou/ebulletin/pdf/vol11.pdf