2015 Fiscal Year Annual Research Report
Coupling between unconventional quantum-critical fluctuations and superconductivity in layered superconductors
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15H03693
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| Research Institution | Tokyo Metropolitan University |
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Principal Investigator |
青木 勇二 首都大学東京, 理工学研究科, 教授 (20231772)
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| Project Period (FY) |
2015-04-01 – 2018-03-31
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| Keywords | 層状超伝導体 / 量子臨界的挙動 / 純良単結晶育成 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
BiS2 系層状超伝導体は、BiS2 伝導層と、希土類イオンを含む磁気的ブロック層が積層した構造を持つ。我々は、これまでの予備実験により、この母相（絶縁体）において、ブロック層に含まれるCe4f 電子が低温で非従来型の量子臨界的挙動を示すことを見出していた。この振る舞いを系統的に調べるため、本年度は軽希土類イオン（La, Ce, ... Eu）に着目し、フラックス法を用いた純良単結晶育成と基礎物性測定を開始した。極低温領域の物性測定実験の効率化のための測定装置の開発整備においては、当初計画していた実験手法を変更し、ヘリウム３冷凍機（0.4K以上の温度領域）と断熱消磁冷凍機（0.1K以上の温度領域）の両者を組み合わせる方針へと変更し、これを進めた。
本研究により育成された純良単結晶試料を用いて、国内外における多くの物性測定グループとの多方面からの共同研究も開始した。早速、幾つかの成果を得ることができた。CeO0.5F0.5BiS2の単結晶試料を用いた角度分解光電子分光（ARPES）では、偏光解析により結晶内でのBi 6p軌道の向きが決定された。この結果は、同様にARPES測定により決定されたフェルミ面の形状を自然に説明するものであり、これまで理論的に想定されていた理解を覆した。また、放射光X線回折による単結晶構造解析により、BiS2系超伝導体の母物質LaOBiS2の結晶構造が、正方晶P4/nmmから単斜晶P21/mへと対称性が低下していることが発見された。これにより、元素置換によるキャリアドープが結晶構造の不安定性と密接に関係していることがわかった。
また、本研究で開発整備している実験技術を、幾つかの他の強相関物質の研究にも適用し、Smを含む金属間化合物の磁場の影響を受けない非従来型近藤効果などに関する幾つかの成果も得ることができた。
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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
BiS2 系層状超伝導体のフラックス法を用いた純良単結晶育成とその基礎物性測定が順調に進んだ。純良単結晶育成では、育成条件の試行錯誤による最適化が必要であるが、着目しているCe系とNd系では、ほぼ完了した。
本研究により育成された純良単結晶試料を用いて、国内外における多くの物性測定グループとの多方面からの共同研究も開始したが、早速、放射光を用いた実験が大きく進み、重要な発見を得た。また、極低温領域の物性測定実験の効率化のための測定装置の整備については、当初の計画からは変更があったものの、ヘリウム３冷凍機と断熱消磁冷凍機の両者を組み合わた新たな方針で順調に進んだ。
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| Strategy for Future Research Activity |
優先的にCe系とNd系について、BiS2系超伝導体の特異な電子状態の究明と探索を進める。
Ce系では、Ce4f電子の結晶場準位構造を調べ、これにより、「非従来型の量子臨界的挙動」を示す4f電子の基底状態の確定を目指す。また、OサイトのF部分置換により、強磁性的異常が現れることが多結晶試料を用いた実験により報告されているが、純良単結晶試料を用いてこれを調べる。NdはCeと同様にクラマースイオンであり、磁気的自由度を持つ。Ce系で見られる「非従来型の量子臨界的挙動」が現れるかどうかに着目しつつ、Ce系と比較しながら基礎物性の測定を進め、Nd4f電子の性質を明らかにする。これにより、BiS2系超伝導体中の希土類イオンの4f電子状態の系統的理解を目指す。また、育成された純良単結晶試料を用いて、国内外における多くの各種物性測定グループとの多方面からの共同研究も推進する。
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| Remarks |
新規超伝導体の母物質CeOBiS2において、非従来型の量子臨界的挙動を発見したことを紹介する記事を掲載。
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[Journal Article] Electronic structure of self-doped layered Eu3F4Bi2S4 material revealed by x-ray absorption spectroscopy and photoelectron spectromicroscopy2017
Author(s)
E. Paris, T. Sugimoto, T. Wakita, A. Barinov, K. Terashima, V. Kandyba, O. Proux, J. Kajitani, R. Higashinaka, T. D. Matsuda, Y. Aoki, T. Yokoya, T. Mizokawa, and N. L. Saini
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Journal Title
Phys. Rev. B
Volume: 95
Pages: 035152 [5]
DOI
Peer Reviewed / Int'l Joint Research / Acknowledgement Compliant
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[Journal Article] Localized and mixed valence state of Ce 4f in superconducting and ferromagnetic CeO1－xFxBiS2 revealed by x-ray absorption and photoemission spectroscopy2016
Author(s)
T. Sugimoto, D. Ootsuki, E. Paris, A. Iadecola, M. Salome, E. F. Schwier, H. Iwasawa, K. Shimada, T. Asano, R. Higashinaka, T. D. Matsuda, Y. Aoki, N. L. Saini, and T. Mizokawa
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Journal Title
Phys. Rev. B
Volume: 94
Pages: 081106(R) [5]
DOI
Peer Reviewed / Int'l Joint Research / Acknowledgement Compliant
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[Journal Article] Fermi surfaces and orbital polarization in superconducting CeO0.5F0.5BiS2 revealed by angle-resolved photoemission spectroscopy2015
Author(s)
T. Sugimoto, D. Ootsuki, C. Morice, E. Artacho, S. S. Saxena, E. F. Schwier, M. Zheng, Y. Kojima, H. Iwasawa, K. Shimada, M. Arita, H. Namatame, M. Taniguchi, M. Takahashi, N. L. Saini, T. Asano, R. Higashinaka, T. D. Matsuda, Y. Aoki, and T. Mizokawa
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Journal Title
Phys. Rev. B
Volume: 92
Pages: 041113(R) [5]
DOI
Peer Reviewed / Int'l Joint Research / Acknowledgement Compliant
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[Journal Article] Logarithmic temperature dependence of samarium ion valence in the heavy-fermion SmxLa1-xOs4Sb122015
Author(s)
Kengo Fushiya, Ryoichi Miyazaki, Ryuji Higashinaka, Akira Yamada, Masaichiro Mizumaki, Satoshi Tsutsui, Kiyofumi Nitta, Tomoya Uruga, Bunya Suemitsu, Hideyuki Sato, and Yuji Aoki
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Journal Title
Phys. Rev. B
Volume: 92
Pages: 075118 [5]
DOI
Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
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[Presentation] Fermi surfaces and orbital polarization of CeO0.5F0.5BiS2 revealed by angle-resolved photoemission spectroscopy2015
Author(s)
杉本拓也, 大槻太毅, Corentin Morice, Emilio Artacho, S. S. Saxena, 高橋雅也, E. F. Schwier, 岩沢 英明, 島田賢也, 有田将司, 生田目博文, 谷口雅樹, Naurang L Saini, 浅野卓也, 中島卓也, 東中隆二, 松田達磨, 青木勇二, 溝川貴司
Organizer
日本物理学会2015 年秋季大会
Place of Presentation
関西大学
Year and Date
2015-09-16 – 2015-09-19
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