2019 Fiscal Year Research-status Report
Investigation of roles of phonons and phonon-induced functional properties in strongly-correlated materials
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17K14336
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| Research Institution | Institute of Physical and Chemical Research |
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Principal Investigator |
野村 悠祐 国立研究開発法人理化学研究所, 創発物性科学研究センター, 研究員 (20793756)
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| Project Period (FY) |
2017-04-01 – 2021-03-31
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| Keywords | 超伝導 / ニッケル酸化物 / 物質デザイン / 強相関電子系 / 第一原理計算 / 銅酸化物高温超伝導体 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究の主題として、電子自由度と格子自由度の絡み合いの理解があげられる。強相関物質においては両者が密接に絡み合っており、格子自由度を制御することによって物質の機能を制御できることが考えられる。2019年8月末にドープしたニッケル酸化物Nd0.8Sr0.2NiO2において超伝導の報告があった。今年度は、このニッケル酸化物の格子構造を制御することによって、ニッケル酸化物における高温超伝導の可能性を探ることができることを示した。
超伝導が見つかったニッケル酸化物の母物質のNdNiO2にはNiO2面とNd面が交互に積み重なった層状の構造を取っており、CuO2面が重要な役割を果たす銅酸化物高温超伝導体と構造が似ていることから注目を集めている。本研究では世界に先駆けて、NdNiO2の電子構造を調べた。その結果、NiO2面上の電子が互いに強く相互作用しあう強相関電子系を形成しているという点で銅酸化物超伝導体と似ているものの、Nd層に存在する軌道がフェルミポケットを形成するために、NiO2面が母物質の時点でホールドープされてしまっていることがわかった。この自己ドーピングは銅酸化物には存在しない。
本研究では、このニッケル酸化物の格子構造を制御することで、自己ドーピングが排除された、銅酸化物に電子状態がより似ているニッケル酸化物のデザインに成功した。NdNiO2が層状物質であることに着目し、NiO2層の間の層をNd層から違う組成に変更することで系統的に新たなニッケル酸化物の構造を提案した。新たなニッケル酸化物の中にはこの自己ドーピングが排除されると予測されるものも含まれており、それらはより銅酸化物に電子状態が似ているために高温超伝導などの興味深い物性を示す可能性がある。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
1: Research has progressed more than it was originally planned.
Reason
2019年の8月末に新たにニッケル酸化物における超伝導が報告されたために、当初の研究計画を変更し、ニッケル酸化物の格子構造制御による電子状態制御の可能性を探った。本年度の研究は、電子間の強いクーロン相互作用が重要な役割を果たす非従来型の超伝導体において、超伝導を示す可能性のある新たな物質群を実験研究に先駆けて提案することに成功した重要な成果である。研究の進展が顕著であったため、”（１）当初の計画以上に進展している”の評価が妥当である。
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| Strategy for Future Research Activity |
今年度提案することに成功したニッケル酸化物に対して、その性質を予測するためには、より詳細に銅酸化物高温超伝導体との比較を行う必要がある。銅酸化物の超伝導は強い電子間相互作用によって絶縁体化したモット絶縁体にドープすることによって生じるが、その高温超伝導に重要な役割を果たしていると考えられているのが、スピン間の超交換相互作用である。新ニッケル酸化物において、銅酸化物超伝導体と同程度のスピン相互作用があるかどうかを調べるのは非常に興味深い。これらの研究を推進することで、ニッケル酸化物における高温超伝導の可能性を追求する。
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| Causes of Carryover |
新型コロナウイルスの蔓延により予定していた出張などが取りやめになった。次年度に研究会に参加し、研究成果として発表するための旅費として使用する。コロナウィルスの蔓延が続き旅費として使用が困難な場合は、研究に必要な計算機やパソコン購入などの物品購入に使用する。
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