Correlation between the Local Structure, Quantum Phenomena and Superconductivity in Layered BiS2 Superconductors

2018 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 16K05454
• Research Institution: Tokyo Metropolitan University
• Principal Investigator: 松田 達磨 首都大学東京, 理学研究科, 准教授 (30370472)
• Project Period (FY): 2016-04-01 – 2019-03-31
• Keywords: 層状超伝導体 / BiS2系超伝導体 / CDW転移 / アクチノイド元素 / 巨大磁気抵抗効果 / 価数自由度 / 超伝導

Outline of Annual Research Achievements

層状超伝導体 RO(1-x)FxBi2 (R:希土類、アクチノイド元素)およびEu3Bi2S4F4について単結晶育成を行い、それらを用いた基礎物性測定、光電子分光測定、放射光施設を用いた構造解析実験を行った。主要な研究成果を以下にまとめる。
(1) 前年度までの研究で、La(O1-xFx)BiS2 (x < 0.1) の低温X線回折実験において発見された超格子反射について、さらなる回折実験と解析を共同研究によりすすめた結果、４回対称性を保持したダブル-q構造を持つ構造をとっている可能性が高く、BiS2層の面内にあるSが変調構造をとっていることが分かってきた。Biの価数評価から、価数においても変調がかかっていることが確かめられることから、CDW転移を強く示唆する結果である可能性が高い。この成果は、BiS2系化合物全体の超伝導相発現に関わる重要な発見と考えられる。
(2) アクチノイド元素を含む新たなBiS2系超伝導体として、(La1-xUx)OBiSSeの合成を、東北大学金属材料研究所の共同利用研究制度を利用して行った。その結果、多結晶試料の合成に成功し、x=0.3において、転移温度約 T= 3 K のバルクの超伝導を示すことを世界で初めて確認した。
(3) 前年度までの研究で、EuFBiS2において大きな磁気抵抗効果が観測されることを明らかにしていたが、同じくEu系のBiS2系化合物であるEu3Bi2S4F4においても、大きな磁気抵抗効果を示すことを初めて明らかにした。この巨大磁気抵抗効果は、Euの磁化と密接な相関を持つことが解析から明らかになり、加えて、Euの価数状態とも関係していると考えられ、巨大磁気抵抗効果を生み出す新たなメカニズムが内在する可能性を示唆する結果である。

Research Products

• [Int'l Joint Research] Universita di Roma “La Sapienza”(イタリア)
  • Country Name: ITALY
  • Counterpart Institution: Universita di Roma “La Sapienza”
• [Int'l Joint Research] Observatoire des Sciences de l’Univers(フランス)
  • Country Name: FRANCE
  • Counterpart Institution: Observatoire des Sciences de l’Univers
• [Journal Article] Direct Observation of Sm Valence Fluctuation in a Heavy Fermion Compound SmOs4Sb12 via Sm-149 Synchrotron-Radiation-Based Mossbauer Spectroscopy (2019)
  • Author(s): S. Tsutsui, J. Nakamura, Y. Kobayashi, Y. Yoda, M. Mizumaki, A. Yamada, R. Higashinaka, T. D. Matsuda, Y. Aoki
  • Journal Title: J. Phys. Soc. Jpn. Volume: 88 Pages: 023701
  • DOI: 10.7566/JPSJ.88.023701
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Two-Fold-Symmetric Magnetoresistance in Single Crystals of Tetragonal BiCh(2)-Based Superconductor LaO0.5F0.5BiSSe (2019)
  • Author(s): K. Hoshi, M. Kimata, Y. Goto, T.D. Matsuda, Y. Mizuguchi
  • Journal Title: J. Phys. Soc. Jpn. Volume: 88 Pages: 033704_1-5
  • DOI: 10.7566/JPSJ.88.033704
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Single crystal growth and physical properties of BiS2-layered compound Eu3Bi2S4F4 (2018)
  • Author(s): Ryuji Higashinaka, Hideaki ENDO, Joe KAJITANI, Tatsuma D. Matsuda, Yuji Aoki
  • Journal Title: Physica B Volume: 536 Pages: 824-826
  • DOI: 10.1016/j.physb.2017.09.092
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Anomalous magnetotransport properties of high-quality single crystals of Weyl semimetal WTe2: Sign change of Hall resistivity (2018)
  • Author(s): Rajveer Jha, Ryuji Higashinaka, Tatsuma D. Matsuda, Raquel A. Ribeiro, Yuji Aoki
  • Journal Title: Physica B Volume: 536 Pages: 68-71
  • DOI: 10.1016/j.physb.2017.09.077
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Na1－xSn2P2 as a new member of van der Waals-type layered tin pnictide superconductors (2018)
  • Author(s): Yosuke Goto, Akira Miura, Chikako Moriyoshi, Yoshihiro Kuroiwa, Tatsuma D. Matsuda, Yuji Aoki, Yoshikazu Mizuguchi
  • Journal Title: Scientific REPORTS Volume: 8 Pages: 12852_1-8
  • DOI: 10.1038/s41598-018-31295-8
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Odd-parity electronic multipolar ordering in URu2Si2: Conclusions from Si and Ru NMR measurements (2018)
  • Author(s): S. Kambe, Y. Tokunaga, H. Sakai, T. Hattori, N. Higa, T. D. Matsuda, Y. Haga, R. E. Walstedt, and H. Harima
  • Journal Title: Phys. Rev. B Volume: 97 Pages: 235142_1-10
  • DOI: 10.1103/PhysRevB.97.235142
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Chiral-crystal-structure transformations and magnetic states of R3Rh4Sn13 (R=La and Ce) (2018)
  • Author(s): Kazuya Suyama, Kazuaki Iwasa, Yuka Otomo, Keisuke Tomiyasu, Hajime Sagayama, Ryoko Sagayama, Hironori Nakao, Reiji Kumai, Yoshinori Kitajima, Francoise Damay, Jean-Michel Mignot, Akira Yamada, Tatsuma D. Matsuda, and Yuji Aoki
  • Journal Title: Phys. Rev. B Volume: 97 Pages: 235138_1-9
  • DOI: 10.1103/PhysRevB.97.235138
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Structural, Magnetic, and Transport Properties of Novel Quaternary Compounds RRu2Sn2Zn18 (R La, Pr, and Nd) (2018)
  • Author(s): Kazuhei Wakiya, Yuki Sugiyama, Miharu Kishimoto, Tatsuma D. Matsuda, Yuji Aoki, Masatomo Uehara, Jun Gouchi, Yoshiya Uwatoko, and Izuru Umehara
  • Journal Title: J. Phys. Soc. Jpn. Volume: 87 Pages: 094706_1-6
  • DOI: 10.7566/JPSJ.87.094706
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Superconductivity in Layered Oxychalcogenide La2O2Bi3AgS6 (2018)
  • Author(s): Rajveer Jha, Yosuke Goto, Ryuji Higashinaka, Tatsuma D Matsuda, Yuji Aoki, Yoshikazu Mizuguchi
  • Journal Title: J. Phys. Soc. Jpn. Volume: 87 Pages: 083704_1-3
  • DOI: 10.7566/JPSJ.87.083704
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Magnetic, thermal, and neutron diffraction studies of a coordination polymer: bis(glycolato)cobalt(II) (2018)
  • Author(s): T. Nakane, S. Yoneyama, T. Kodama, K. Kikuchi, A. Nakao, T. Ohhara, R. Higashinaka, T. D. Matsuda, Y. Aoki, W. Fujita
  • Journal Title: Dalton Transactions Volume: 48 Pages: 333-339
  • DOI: 10.1039/C8DT04358B
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Superconducting and Fermi Surface Properties of Pyrite-type Compounds CuS2 and CuSe2 (2018)
  • Author(s): M. Kakihana, T. D. Matsuda, R. Higashinaka, Y. Aoki, A. Nakamura, D. Aoki, H. Harima, M. Hedo, T. Nakama, Y. Onuki
  • Journal Title: J. Phys. Soc. Jpn. Volume: 88 Pages: 014702_1-8
  • DOI: 10.7566/JPSJ.88.014702
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Impact of valence fluctuations on the electronic properties of RO1-xFxBiS2 (R = Ce and Pr) (2018)
  • Author(s): S. Dash, T. Morita, K. Kurokawa, Y. Matsuzawa, N. L. Saini, N. Yamamoto, J. Kajitani, R. Higashinaka, T. D.Matsuda, Y. Aoki, T. Mizokawa,
  • Journal Title: PHYSICAL REVIEW B Volume: 98 Pages: 144501_1-6
  • DOI: 10.1103/PhysRevB.98.144501
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Deviation from the Kohler's rule and Shubnikov-de Haas oscillations in type-II Weyl semimetal WTe2: High magnetic field study up to 56 T (2018)
  • Author(s): S. Onishi, R. Jha, A. Miyake, R. Higashinaka, T. D. Matsuda, M. Tokunaga, Y. Aoki
  • Journal Title: AIP ADVANCES Volume: 8 Pages: 101330_1-5
  • DOI: 10.1063/1.5043036
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Elastic properties of SmPt2Cd20 probed by ultrasound measurements (2018)
  • Author(s): Y. Nakanishi, K. Nakamura, M. Nakamura, M. Taniguchi, M. Nakamura, M. Yoshizawa, A. Yamada, R. Higashinaka, T. D. Matsuda, Y. Aoki
  • Journal Title: AIP ADVANCES Volume: 8 Pages: 101337_1-3
  • DOI: 10.1063/1.5042811
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Anisotropy in the electronic transport properties of Weyl semimetal WTe2 single crystals (2018)
  • Author(s): R. Jha, S. Onishi, R. Higashinaka, T. D. Matsuda, R. A. Ribeiro, Y. Aoki
  • Journal Title: AIP ADVANCES Volume: 8 Pages: 101332_1-6
  • DOI: 10.1063/1.5043063
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Orbital-dependent band renormalization in WTe2 revealed by angle-resolved photoemission spectroscopy (2018)
  • Author(s): R. Matsumoto, T. Sugimoto, T. Mizokawa, N. L. Saini, M. Arita, R. Jha, R. Higashinaka, T. D. Matsuda, Y. Aoki
  • Journal Title: PHYSICAL REVIEW B Volume: 98 Pages: 205138_1-6
  • DOI: 10.1103/PhysRevB.98.205138
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Relationship between specific heat, valence and effective magnetic moment of Sm ions in strongly correlated Sm compounds (2018)
  • Author(s): R. Higashinaka, A. Yamada, T. D. Matsuda, Y. Aoki
  • Journal Title: AIP ADVANCES Volume: 8 Pages: 125017_1-6
  • DOI: 10.1063/1.5043120
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Element-specific observation of the ferromagnetic ordering process in UCoAl via so x-ray magnetic circular dichroism (2018)
  • Author(s): Yukiharu Takeda, Yuji Saitoh, Tetsuo Okane, Hiroshi Yamagami, Tatsuma D. Matsuda, Etsuji Yamamoto, Yoshinori Haga, and Yoshichika Onuki
  • Journal Title: Phys. Rev. B Volume: 97 Pages: 184414_1-7
  • DOI: 10.1103/PhysRevB.97.184414
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Crystal Structure and Superconductivity of Tetragonal and Monoclinic Ce1-xPrxOBiS2 (2018)
  • Author(s): Akira Miura, Masanori Nagao, Yosuke Goto, Yoshikazu Mizuguchi, Tatsuma D. Matsuda, Yuji Aoki, Chikako Moriyoshi, Yoshihiro Kuriosa, Yoshihiko Takano, Satoshi Watauchi, Isao Tanaka, Nataly Carolina Rosero-Navarro and Kiyoharu Tadanaga
  • Journal Title: INORGANIC CHEMISTRY Volume: 57 Pages: 5364-5370
  • DOI: 10.1021/acs.inorgchem.8b00349
  • Peer Reviewed
• [Presentation] LaO0.5F0.5BiS2におけ る格子変調パターンの 決定 (2019)
  • Author(s): 佐賀山基, 佐賀山遼子, 梶谷丈 , 長谷川巧 , 熊井玲児, 村 上洋一, 東中隆二 , 松田達磨, 青木勇二
  • Organizer: 日本物理学会第74回年次大会
• [Presentation] BiS2系層状化合物 Eu3Bi2S4F4におけるキ ャリアの局在化と巨大 磁気抵抗 (2019)
  • Author(s): 青木勇二, 酒谷瞭太郎, 東中隆二, 松田達磨
  • Organizer: 日本物理学会第74回年次大会
• [Presentation] 充填スクッテルダイト 化合物YbOs4Sb12の dHvA効果の測定 (2019)
  • Author(s): 中村直貴, 岸本美晴, 東中隆二, 仲村愛 , 本多史憲 , 青木 大 , 青木勇二, 松田達磨, 佐藤英行, 播磨尚朝
  • Organizer: 日本物理学会第74回年次大会
• [Presentation] SmRu4P12の磁場誘起 秩序相における軟X線 共鳴X線回折 (2019)
  • Author(s): 道村真司, 松村武 , 中尾裕則 , 田端千紘 , 東中隆二 , 松田達磨 , 青木勇二
  • Organizer: 日本物理学会第74回年次大会
• [Presentation] BiS2系層状化合物 Eu3Bi2S4F4の単結晶物 性 (2019)
  • Author(s): 酒谷瞭太郎, 東中隆二, 松田達磨, 青木勇二
  • Organizer: 日本物理学会第74回年次大会
• [Presentation] 共鳴硬X線光電子分光 によるYbCu2Si2の電子 状態の研究 (2019)
  • Author(s): 三村功次郎 , 河端拓 , 明渡悠 , 阿部晃大 , 松本孝之 , 下笠諒平 , 保井晃 , 水牧仁一朗 , 河村直己 , 池永英 司 , 筒井智嗣 , 佐藤仁 , 魚住孝幸 , 松田達磨 , 大貫 惇睦
  • Organizer: 日本物理学会第74回年次大会
• [Presentation] Unusual Heavy Electron State in Sm- and Yb-based Compounds (2018)
  • Author(s): Tatsuma D. Matsuda
  • Organizer: J-Physics 2018: International Workshop on New Materials and Crystal Growth
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] Shubnikov de Haas oscillations in Weyl semimetal WTe2 measured up to 56 T (2018)
  • Author(s): S. Onishi, R. Jha, A. Miyake, R. Higashinaka, T. Matsuda, M. Tokunaga and Y. Aoki
  • Organizer: International Conference on Magnetism
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Anisotropic electrical resistivity of Weyl semimetal WTe2 (2018)
  • Author(s): R. Jha, S. Onishi, R. Higashinaka, T. Matsuda, R.A. Ribeiro and Y. Aoki1
  • Organizer: International Conference on Magnetism
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Effect of Sn- and In-substitution on the structural and mag- netic properties of PrRu2Zn20 (2018)
  • Author(s): K. Wakiya, Y. Sugiyama, J. Gouchi, Y. Uwatoko, M. Kishimoto, T. Matsuda, Y. Aoki, M. Uehara and I. Umehara
  • Organizer: International Conference on Magnetism
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Unusual Magnetic-Field-Insensitive Heavy Electron State in SmTr2Al20 (Tr = Ti, V, Cr, and Ta) (2018)
  • Author(s): R. Higashinaka, A. Yamada, T. Matsuda, Y. Aoki, M. Mizumaki, S. Tsutsui, T. Uruga, K. Nitta and T. Ina
  • Organizer: International Conference on Magnetism
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] 強磁場中におけるワイル半金 属WTe2の特異な輸送特性 (2018)
  • Author(s): 大西翔太, Jha Rajveer, 三宅厚志 A , 東中隆二, 松 田達磨, 徳永将史 A , 青木勇二
  • Organizer: 日本物理学会第2018年秋季大会
• [Presentation] 角度分解光電子分光による WTe2の軌道に依存したバン ドの繰り込み (2018)
  • Author(s): 松本凌弥, 杉本拓也, 溝川貴司, Naurang Saini , 有田将司 , 生天目博文 , 谷口雅樹 , Rajveer Jha, 東中隆二 , 松田達磨 , 青木勇二
  • Organizer: 日本物理学会第2018年秋季大会
• [Presentation] ワイル半金属MoTe2, WTe2の 光学スペクトルと電子構造 (2018)
  • Author(s): 木村真一, 中島裕喜, 三田善志郎, Jha Rajveer , 東中隆二 , 松田達磨 , 青木勇二
  • Organizer: 日本物理学会第2018年秋季大会
• [Presentation] 共鳴光電子分光による Pr(O,F)BiS2の電子状態 (2018)
  • Author(s): 松澤悠, 岡本陽平, 守田智洋, 溝川貴司, E.F.Schwier , 島田賢也 , Naurang Saini , 東中 隆二 , 松田達磨 , 青木勇二
  • Organizer: 日本物理学会第2018年秋季大会
• [Presentation] Eu系BiS2化合物におけるEu 価数状態と物性異常 (2018)
  • Author(s): 松田達磨, 梶谷丈, 遠藤秀晃, 東中隆二, 青木勇二
  • Organizer: 日本物理学会第2018年秋季大会
• [Presentation] 超音波計測による籠状物質 SmPt2Cd20の低温秩序相と 弾性特性 (2018)
  • Author(s): 中村一翔, 高橋祥平, 長谷川潤弥, 大山雄輔, 中西 良樹, 中村光輝, 吉澤正人, 山田瑛 , 東中隆二 , 松田達磨 , 青木勇二
  • Organizer: 日本物理学会第2018年秋季大会
• [Presentation] カイラル構造をもつ三元化合 物R-Ir-Sn(R:希土類)の単結 晶育成と超伝導特性 (2018)
  • Author(s): 大村瑠美, 岸本美晴, 山田瑛, 後藤陽介, 水口佳一, 松田達磨, 東中隆二, 青木勇二
  • Organizer: 日本物理学会第2018年秋季大会
• [Presentation] 希釈冷凍機を用いた単結晶 URu2Si2の 29 Si NMR測定 (2018)
  • Author(s): 服部泰佑, 酒井宏典, 徳永陽, 神戸振作, 松田達磨, 芳賀芳範
  • Organizer: 日本物理学会第2018年秋季大会
• [Presentation] 軟X線磁気円二色性による UCoAlにおける各元素サイト での磁気的性質の研究 (2018)
  • Author(s): 竹田幸治 , 斎藤祐児 , 岡根哲夫 , 山上浩志 , 松田達磨 , 山本悦嗣 , 芳賀芳範 , 大貫惇 睦
  • Organizer: 日本物理学会第2018年秋季大会
• [Presentation] 遍歴電子系メタ磁性体UCoAl における圧力下磁気抵抗と強 磁性量子臨界 (2018)
  • Author(s): 前田瑞穂 , 木村憲彰 , 芳賀芳範 , 松田達磨
  • Organizer: 日本物理学会第2018年秋季大会
• [Presentation] カイラル超伝導体URu2Si2の 超伝導状態における熱ホール 効果 (2018)
  • Author(s): 村山陽奈子, 佐藤雄貴, 栗原遼, 笠原成, 笠原裕一, 芳賀芳範 , 松田達磨 , 山本悦嗣 , 大貫惇睦 , 松田祐司
  • Organizer: 日本物理学会第2018年秋季大会
• [Presentation] 高い特性温度TQKLを持つ四 極子近藤格子系PrTr2Al20 (Tr = Mo, W)の低温物性測定 (2018)
  • Author(s): 宮脇瑠美佳, 東中隆二, 山田瑛, 後藤陽介, 水口佳 一, 松田達磨, 青木勇二
  • Organizer: 日本物理学会第2018年秋季大会
• [Presentation] Yb5Ir6Sn18の単結晶育成と構 造解析及び低温物性測定 (2018)
  • Author(s): 岸本美晴, 大村瑠美, 後藤陽介, 水口佳一, 山田瑛, 東中隆二, 青木勇二, 松田達磨
  • Organizer: 日本物理学会第2018年秋季大会
• [Presentation] 磁場に鈍感な重い電子化合物 SmTa2Al20の単結晶 NQR/NMRによる基底状態の 研究 (2018)
  • Author(s): 藤秀樹, 中瀬迅, 小手川恒, 久保徹郎 , 東中隆二 , 山田瑛 , 松田達磨 , 青木勇二
  • Organizer: 日本物理学会第2018年秋季大会
• [Presentation] X線非弾性散乱によるBiS2系 超伝導体における超格子反射 の起源探査 (2018)
  • Author(s): 玉造博夢, 筒井智嗣 , 佐賀山基, 水牧仁一朗 , 梶 谷丈 , 東中隆二 , 松田達磨 , 青木勇二 , 長谷 川巧 , 村上洋一
  • Organizer: 日本物理学会第2018年秋季大会
• [Presentation] BiS2系層状化合物 Eu3Bi2S4F4 における電荷秩 序状態 (2018)
  • Author(s): 東中隆二, 遠藤秀晃, 梶谷丈, 松田達磨, 青木勇二
  • Organizer: 日本物理学会第2018年秋季大会
• [Presentation] X線光電子分光による R(O,F)BiS2の解析 (2018)
  • Author(s): 守田智洋, 岡本陽平, 松澤悠, 溝川貴司, Eike Schwier , 島田賢也 , Naurang Saini , 梶谷 丈 , 東中隆二 , 松田達磨 , 青木勇二
  • Organizer: 日本物理学会第2018年秋季大会
• [Remarks] Publications
  • URL: http://denshi-server.phys.se.tmu.ac.jp