2016 Fiscal Year Research-status Report
実空間と運動量空間の双方から見た銅酸化物高温超伝導と擬ギャップに対する不純物効果
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15K05155
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| Research Institution | Hokkaido University |
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Principal Investigator |
小田 研 北海道大学, 理学研究院, 教授 (70204211)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
黒澤 徹 北海道大学, 理学研究院, 助教 (10615420)
吉田 紘行 北海道大学, 理学研究院, 助教 (30566758)
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| Project Period (FY) |
2015-04-01 – 2018-03-31
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| Keywords | 高温超伝導 / 銅酸化物 / 強相関電子系 / 不純物効果 / 準粒子束縛状態 / 超格子構造 / エネルギーギャップ |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では、ビスマス系銅酸化物高温超伝導体の純粋な系（Bi2212）とCuサイトに少量の磁性不純物Niを添加した系（Ni-Bi2212）でSTM/STS実験とARPES実験を行い、その電子状態を調べることにより、高温超伝導に対する異常な不純物効果と特異な超格子構造の起源に関する知見を得る。今年度は以下に記す成果を得た。
１．不足キャリア（ホール）濃度領域にあるBi2212で行ったSTM/STS実験では、ギャップ構造がｄ波超伝導ギャップと擬ギャップの２種類のものからなり、擬ギャップはナノメータのスケールで空間的に不均一となっていることが確認された。また、ｄ波超伝導ギャップの振幅および擬ギャップの大きさと同程度のエネルギーを持つ準粒子状態は、それぞれチェッカーボード様の超格子構造とCu-O-Cu結合中心のナノストライプ様変調を示し、それらは試料表面の同じ領域で共存していることが明らかとなった。
２．Bi2212のSTSスペクトルに現れるdip構造は、超伝導状態で現れる反強磁性共鳴モードに起因すると考えられているが、その特性エネルギーΩは、Cuスピン間の反強磁性結合エネルギーJと共に、Bi2212に特徴的な一次元超格子と同じ周期で変動することが確認された。また、ΩとJの空間変動は逆相関の関係にあることも明らかとなった。
３．Ni-Bi2212のSTM/STS実験では、Ni不純物の周りでｄ波超伝導ギャップの振幅の減少と反強磁性共鳴モード・エネルギーの増大が同時に観測され、Cuスピン間の反強磁性結合がNi不純物の周囲で局所的に弱められることが示唆された。
以上で記したように、今年度の研究では、ビスマス系銅酸化物高温超伝導体における電子系の超格子構造および、反強磁性共鳴モードに対する一次元超格子やNi不純物の効果を理解する上で興味深い知見が得られた。
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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
研究実績の概要で記したように、ビスマス系銅酸化物高温超伝導体における電子系の超格子構造および、反強磁性共鳴モードに対する一次元超格子やNi不純物の効果を理解する上で重要と考えられる成果が得られるなど、本研究は順調に進捗している。
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| Strategy for Future Research Activity |
研究開始から今年度までの２年間は純粋およびNi不純物を添加したBi2212におけるSTM/STS実験を中心に行ってきた。今後は、これまでのSTM/STS実験を継続させ、銅酸化物高温超伝導体の電子系に特徴的な種々の超格子構造の詳細な性質について調べると共に、擬ギャップや反強磁性共鳴モードを反映するスペクトル構造に対するNi不純物効果についても詳しく調べる。また、今年度までは予備的なARPES実験を積み重ねることで超伝導ギャップが観測できるようになってきたので、これらの蓄積を基に来年度は、STM/STS実験で示されたNi濃度の増加に伴う準粒子束縛状態の変化がフェルミ面上のどこの領域で起っているかの問題を解明することを目的としてARPES実験を行う。これらにより、Bi2212における準粒子束縛状態、エネルギー・ギャップ、反強磁性共鳴モード等の性質に対するNi不純物効果の全容を明らかにする。
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| Causes of Carryover |
当初は2017年3月に開催された米国物理学会（開催地：ニューオーリンズ）に参加して研究成果を発表する予定であったが、当該研究者の所属機関で開催したシンポジウムと重なったため、米国物理学会への参加が不可能となった。このため、その分の旅費に相当する金額を平成29年度の使用額として繰り越すこととなった。
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| Expenditure Plan for Carryover Budget |
上記の繰越額は、2017年6月に開催される国際会議（Superstripes2017, 開催国：イタリア）に参加するための旅費として使用する。
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[Journal Article] Unusual Magnetic State with Dual Magnetic Excitations in the Single Crystal of S=1/2 Kagome Lattice Antiferromagnet CaCu3(OH)(6)Cl-2 center dot 0.6H(2)O2017
Author(s)
H. Yoshida, N. Noguchi, Y. Matsushita, Y. Ishii, Y. Ihara, M. Oda, H. Okabe, S. Yamashita, Y. Nakazawa, A. Takata, T. Kida, Y. Narumi, and M. Hagiwara
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Journal Title
J. Phys. Soc. Jpn.
Volume: 86
Pages: 033704/1 - 5
DOI
Peer Reviewed / Open Access
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[Presentation] S = 1/2カゴメ格子反強磁性体CaCu3(OH)6Cl2・0.6H2Oの35Cl-NMRによる研究2017
Author(s)
吉田紘行, 井原慶彦, 野口直彌, 石井裕人, 高田篤, 木田孝則, 鳴海康雄, 萩原政幸, 河本充司, 佐々木孝彦, 小田研
Organizer
日本物理学会第72回年次大会
Place of Presentation
大阪大学（大阪府・豊中市）
Year and Date
2017-03-17 – 2017-03-20
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[Presentation] Magnetic properties of S = 1/2 kagome lattice antiferromagnet CaCu3(OH)6Cl2・0.6H2O2016
Author(s)
H. Yoshida, N. Noguchi, Y. Ishii, M. Oda, H. Okabe, S. Yamashita, Y. Nakazawa, A. Takata, T, Kida, Y. Narumi, M. Hagiwara
Organizer
International Conference on Highly Frustrated Magnetism 2016
Place of Presentation
Taipei, Taiwan
Year and Date
2016-09-07 – 2016-09-11
Int'l Joint Research
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