T'型銅酸化物におけるドーピングを要さない新しい超伝導の発現メカニズムの解明

2017 Fiscal Year Research-status Report

• Project/Area Number: 16K05458
• Research Institution: Sophia University
• Principal Investigator: 足立 匡 上智大学, 理工学部, 准教授 (40333843)
• Project Period (FY): 2016-04-01 – 2019-03-31
• Keywords: 電子ドープ型銅酸化物 / 還元処理 / ミュオンスピン緩和 / マイスナー反磁性 / 単結晶 / 光学反射率

Outline of Annual Research Achievements

本研究の目的は、T'構造を有する電子ドープ型銅酸化物高温超伝導体において、母物質での新しい超伝導の発現メカニズムを解明することである。この目的のために、今年度は、還元処理の効果を詳しく調べるとともに、これまでになく低いCe濃度の単結晶で超伝導を発現させることを目指した。
フローティングゾーン法によって作製した電子ドープ型銅酸化物の母物質であるPr2CuO4の単結晶に対して、我々が開発したプロテクトアニール、低温アニール、ダイナミックアニールを加えた結果、~ 150 K以上で金属的な振る舞いを観測することに成功した。このことから、母物質からこれまでになく過剰酸素を抜くことができたと言える。しかし、超伝導の発現には至っていない。
フローティングゾーン法によって作製した電子ドープ型銅酸化物Nd2-xCexCuO4のx=0.05と0.10の単結晶を作製した。プロテクトアニール、低温アニール、ダイナミックアニールを行った結果、x=0.10でバルク超伝導を発現させることに成功した。また、プロテクトアニールを行ったx=0.05でも弱いマイスナー反磁性を観測することに成功した。今後は、ホール抵抗率やミュオンスピン緩和測定などから電子状態を詳しく調べる予定である。
フローティングゾーン法によって作製した電子ドープ型銅酸化物Pr1.3-xLa0.7CexCuO4のx=0.05と0.10の単結晶において光学反射率の測定を行った。その結果、x=0.05と0.10で高い反射率が観測され、有効キャリア濃度がx=0.15と同程度に高いことが明らかになった。また、x=0.10における高圧下ミュオンスピン緩和測定の結果、圧力の印加とともに磁気転移温度が増大し、超伝導転移温度が低下することがわかった。これらのことから、電子ドープ型銅酸化物において磁気秩序と超伝導は競合すると結論された。

Current Status of Research Progress

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

Reason

薄膜で母物質から幅広いCe濃度領域で超伝導が発現しているNd2-xCexCuO4において、バルク単結晶で超伝導を発現させることに成功した点は特筆に値する。今後は、ホール抵抗率やミュオンスピン緩和測定などから電子状態を詳しく調べる予定である。
母物質のPr2CuO4単結晶で金属的な電気伝導を観測した点は大きな進歩である。
Pr1.3-xLa0.7CexCuO4において、光学反射率や高圧下ミュオンスピン緩和測定を行い、電子状態を明らかにしつつある。

Strategy for Future Research Activity

・過剰に還元してTcが大きく低下したPr1.3-xLa0.7CexCuO4（PLCCO）のx=0.10と0.15の単結晶を準備し、ミュオンスピン緩和、ホール抵抗率などから電子状態を明らかにする。
・PLCCOのx=0.05のバルク単結晶試料を用いてホール抵抗率の測定を行い、電子濃度、ホール濃度、移動度を明らかにし、これまで得られているx=0.10、0.15の結果と比較することで、Ce置換による電子状態の変化を明らかにする。
・母物質のPr2CuO4の単結晶にさらなる還元を行い、超伝導化を目指す。
・電子ドープ型の過剰ドープ領域の電子状態を明らかにするために、La2-xCexCuO4の薄膜をPLD法で作製し、様々な測定を行う。

Causes of Carryover

調査研究、成果発表、ミュオンスピン緩和実験、ホール抵抗率実験などのための旅費の支出が予想以上に多かった一方で、消耗品等の支出を他の研究予算で賄えたため、次年度への繰越金が生じた。
次年度は、消耗品等の支出が必要になり。また、実験と成果発表のための予算が必要になるため、当初予算よりも支出が大きくなると予想される。したがって、繰越金を含めて有効に支出していく予定である。

Research Products

• [Int'l Joint Research] コロンビア大学(米国)
  • Country Name: U.S.A.
  • Counterpart Institution: コロンビア大学
• [Int'l Joint Research] カザン大学(ロシア連邦)
  • Country Name: RUSSIA FEDERATION
  • Counterpart Institution: カザン大学
• [Journal Article] Optical study of electron-doped cuprate Pr1.3-xLa0.7CexCuO4+δ in under-doped regime: Revisit the phase diagram (2018)
  • Author(s): R. Ohnishi, M. Nakajima, S. Miyasaka, S. Tajima, T. Adachi, T. Ohgi, A. Takahashi and Y. Koike
  • Journal Title: Journal of the Physical Society of Japan Volume: 87 Pages: 043705(1-5)
  • DOI: 10.7566/JPSJ.87.043705
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Protected vacuum annealing effect on single crystals of Pr1-xLaCexCuO4 in the overdoped regime (2017)
  • Author(s): M. A. Baqiya, B. Triono, Darminto, T. Adachi, A. Takahashi, T. Konno, M. Watanabe, T. Prombood and Y. Koike
  • Journal Title: Materials Science and Engineering Volume: 196 Pages: 012011(1-4)
  • DOI: 10.1088/1757-899X/196/1/012011
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Novel electronic state and superconductivity in the electron-doped high-Tc T'-superconductors (2017)
  • Author(s): T. Adachi, T. Kawamata and Y. Koike
  • Journal Title: Condensed Matter Volume: 2 Pages: 23(1-16)
  • DOI: 10.3390/condmat2030023
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Superconducting fluctuations above the critical temperature in Bi2Sr2Ca1-xYxCuO8+δ as revealed by microwave absorption (2017)
  • Author(s): I. Gimazov, Yu. Talanov, V. Sakhin, T. Adachi, T. Noji and Y. Koike
  • Journal Title: Applied Magnetic Resonance Volume: 48 Pages: 861-870
  • DOI: 10.1007/s00723-017-0912-y
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Undoped high-Tc superconductivity in T'-La1.8Eu0.2CuO4+δ revealed by 63,65Cu and 139La NMR: Bulk superconductivity and antiferromagnetic fluctuations (2017)
  • Author(s): H. Fukazawa, S. Ishiyama, M. Goto, S. Kanamaru, K. Ohashi, T. Kawamata, T. Adachi, M. Hirata, T. Sasaki, Y. Koike and Y. Kohori
  • Journal Title: Physica C Volume: 541 Pages: 30-35
  • DOI: 10.1016/j.physc.2017.08.002
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Pressure tuning of structure, superconductivity, and novel magnetic order in the Ce-underdoped electron-doped cuprate T'-Pr1.3-xLa0.7CexCuO4 (x=0.1) (2017)
  • Author(s): Z. Guguchia, T. Adachi, Z. Shermadini, T. Ohgi, J. Chang, E. S. Bozin, F. von Rohr, A. M. dos Santos, J. J. Molaison, R. Boehler, Y. Koike, A. R. Wieteska, B. A. Frandsen, E. Morenzoni, A. Amato, S. J. L. Billinge, Y. J. Uemura and R. Khasanov
  • Journal Title: Physical Review B Volume: 96 Pages: 094515(1-11)
  • DOI: 10.1103/PhysRevB.96.094515
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Reduction effects on the Cu-spin correlation in the electron-doped T'-cuprate Pr1.3-xLa0.7CexCuO4+δ (x=0.10) (2017)
  • Author(s): T. Sumura, T. Ishimoto, H. Kuwahara, K. Kurashima, Y. Koike, I. Watanabe, M. Miyazaki, A. Koda, R. Kadono and T. Adachi
  • Journal Title: JPS Conference Proceedings Volume: 21 Pages: 011027(1-5)
  • DOI: 10.7566/JPSCP.21.011027
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Presentation] 第2ターゲットステーションを用いた物質科学 (2018)
  • Author(s): 足立匡
  • Organizer: 第8回Muon科学と加速器研究
  • Invited
• [Presentation] ミュオンを用いた物質科学の将来 (2018)
  • Author(s): 足立匡
  • Organizer: ワークショップ「高温超伝導体とその関連物質における新奇な物理」
  • Invited
• [Presentation] 過剰にホールドープしたBi-2201系銅酸化物における強磁性ゆらぎの発達 (2018)
  • Author(s): 足立匡, 倉嶋晃士, 川股隆行, 野地尚, 渡邊功雄, 宮崎正範, 幸田章宏, 門野良典, 小池洋二
  • Organizer: 2017年度量子ビームサイエンスフェスタ
• [Presentation] Bi-2201系銅酸化物の超過剰ドープ領域における強磁性ゆらぎに対する不純物置換効果 (2018)
  • Author(s): 足立匡, 大西柊成, 川端公貴, 渡邊功雄, 桑原英樹, 倉嶋晃士, 川股隆行, 小池洋二
  • Organizer: 日本物理学会第73回年次大会
• [Presentation] Cu-spin correlation and novel electronic state in the electron-doped high-Tc cuprates (2017)
  • Author(s): T. Adachi
  • Organizer: Workshop on “The research forefront of high-Tc cuprates”
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] Coincident disappearance of superconductivity in La2-xSrxCu1-yMyO4 (M = Fe, Al) (2017)
  • Author(s): K. M. Suzuki, T. Adachi, M. A. Baqiya, H. Guo, I. Kawasaki, M. Abdel-Jawad, S. Yoon, I. Watanabe, Y. Koike
  • Organizer: The 14th International Conference on Muon Spin Rotation, Relaxation and Resonance (μSR2017)
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Over-reduction effects on the Cu-spin correlation in the electron-doped T'-cuprate Pr1.3-xLa0.7CexCuO4+δ (x = 0.10) (2017)
  • Author(s): T. Sumura, T. Ishimoto, H. Kuwahara, K. Kurashima, Y. Koike, I. Watanabe, M. Miyazaki, A. Koda, R. Kadono, T. Adachi
  • Organizer: The 14th International Conference on Muon Spin Rotation, Relaxation and Resonance (μSR2017)
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] μSR study of the magnetism in the infinite-layer compound LaNiO2+x (2017)
  • Author(s): T. Adachi, T. Takamatsu, K. M. Suzuki, M. A. Baqiya, K. Naruse, M. Imaizumi, I. Kawasaki, I. Watanabe and Y. Koike
  • Organizer: The 14th International Conference on Muon Spin Rotation, Relaxation and Resonance (μSR2017)
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Enhancement of ferromagnetic fluctuations in heavily overdoped Bi-2201 cuprates (2017)
  • Author(s): T. Adachi, K. Kurashima, T. Kawamata, T. Noji, I. Watanabe, M. Miyazaki, A. Koda, R. Kadono and Y. Koike
  • Organizer: The 14th International Conference on Muon Spin Rotation, Relaxation and Resonance (μSR2017)
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Cu-spin correlation and novel electronic state in the electron-doped high-Tc cuprates (2017)
  • Author(s): T. Adachi, T. Sumura, M. A. Baqiya, A. Takahashi, T. Konno, T. Ohgi, K. Kurashima, T. Kawamata, T. Ishimoto, H. Kuwahara, I. Watanabe, A. Koda, M. Miyazaki, R. Kadono, S. Awaji and Y. Koike
  • Organizer: 28th International Conference on Low Temperature Physics (LT28)
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Cu-spin correlation and novel electronic state in the electron-doped high-Tc T'-superconductors (2017)
  • Author(s): T. Adachi, T. Sumura, M. A. Baqiya, A. Takahashi, T. Konno, T. Ohgi, K. Kurashima, T. Kawamata, T. Ishimoto, H. Kuwahara, I. Watanabe, A. Koda, M. Miyazaki, R. Kadono, S. Awaji and Y. Koike
  • Organizer: International Conference Electron Correlation in Superconductors and Nanostructures (ECSN-2017)
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] Undoped superconductivity and the novel electronic state in the high-Tc T'-cuprates (2017)
  • Author(s): T. Adachi, T. Sumura, M. A. Baqiya, A. Takahashi, T. Konno, T. Ohgi, K. Ohashi, K. Kurashima, T. Kawamata, T. Ishimoto, H. Kuwahara, I. Watanabe, A. Koda, M. Miyazaki, R. Kadono, S. Awaji and Y. Koike
  • Organizer: The 2017 European Materials Research Society Fall Meeting
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] T'型銅酸化物RE2CuO4+δ（RE = Pr, Sm）の単結晶における還元処理と電子状態 (2017)
  • Author(s): 川端公貴，桑原英樹，足立匡
  • Organizer: 日本物理学会2017年秋季大会
• [Presentation] PLD法による電子ドープ型銅酸化物T'-La2-xCexCuO4のオーバードープ領域の薄膜作製 (2017)
  • Author(s): パクサンウン，岡部博孝，中村惇平，桑原英樹，門野良典，足立匡
  • Organizer: 日本物理学会2017年秋季大会
• [Presentation] 過剰に還元された電子ドープ型銅酸化物Pr1.3-xLa0.7CexCuO4+δにおけるCuスピン相関と超伝導 (2017)
  • Author(s): 洲村拓哉，石本奨，桑原英樹，倉嶋晃士，小池洋二，渡邊功雄，宮崎正範，幸田章宏，門野良典，足立匡
  • Organizer: 日本物理学会2017年秋季大会
• [Presentation] 過剰に還元された電子ドープ型T'銅酸化物の電子状態 (2017)
  • Author(s): 足立匡, 洲村拓哉, M. A. Baqiya, 高橋晶, 今野巧也, 扇太郎, 倉嶋晃士, 川股隆行, 石本奨, 桑原英樹, 渡邊功雄, 幸田章宏, 宮崎正範, 門野良典, 小池洋二
  • Organizer: 高温超伝導フォーラム第5回会合
• [Remarks] 上智大学理工学部機能創造理工学科足立研究室ホームページ
  • URL: http://nile.ph.sophia.ac.jp/~adachi/