Study on stripe-type antiferro magnetic cuprates with the two-leg ladder structure

2020 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 18K03531
• Research Institution: Tohoku University
• Principal Investigator: 今井 良宗 東北大学, 理学研究科, 准教授 (30435599)
• Project Period (FY): 2018-04-01 – 2021-03-31
• Keywords: 銅酸化物超伝導体 / 高圧合成 / 鉄系超伝導体

Outline of Annual Research Achievements

前年度までの研究によって，MgCu2O3に対してLi置換を行うと，原子サイトの乱れによってドープされたホールキャリアが局在することが明らかとなった．そこで，本年度は以下の研究を実施した．
（１）MgCu2O3と同じ結晶構造をとるCaCu2O3に対して，CaサイトをNaで置換した物質の高圧合成を行なった．Ca，Cu，Naは，互いにイオン半径が大きく異なることから，原子サイトの乱れを低減することが可能であると期待される．しかし，高圧下では，無限層構造のCaCuO2が安定化し，擬１次元梯子構造の安定化は困難であることが明らかとなった．
（２）（１）の研究から，MgサイトをCaで全置換することは困難であることが明らかとなった．そこで，Mg1-xLixCu2O3において，反強磁性転移温度が最も低い組成であるx=0.30にLi量を固定して，MgをCaで置換したMg0.7-yCayLi0.3Cu2O3を高圧合成法によって作製し，その電子物性を調べた．これは，Mg1-xLixCu2O3における原子サイトの乱れの主な原因を明らかにすること，そして，さらに乱れを低減することを目的としたものである．得られた試料に対して粉末X線回折実験を行なった結果，Ca量y = 0-0.20の試料では不純物ピークは観測されず，単相試料を作製することに成功した．磁化率の温度依存性を測定したところ，反強磁性転移温度は，Ca置換によって1 K程度低下するものの，その変化はそれほど大きくないことが明らかとなった．これは，原子サイトの乱れの原因は，主にCuとLiにより生ずるものであることを示唆している．

Research Products

• [Journal Article] High-pressure synthesis of heavily hole-doped cuprates Mg1－xLixCu2O3 with quasi-one-dimensional structure (2020)
  • Author(s): Yoshinori Imai, Koya Sasaki, Takuya Aoyama, Kenji Shirasaki, Tomoo Yamamura, and Kenya Ohgushi
  • Journal Title: Physical Review B Volume: 101 Pages: 245112/1-7
  • DOI: 10.1103/PhysRevB.101.245112
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Structural, electrical, magnetic, and optical properties of iron-based ladder compounds BaFe2(S1－xSex)3 (2020)
  • Author(s): Satoshi Imaizumi, Takuya Aoyama, Ryota Kimura, Koya Sasaki, Yusuke Nambu, Maxim Avdeev, Yasuyuki Hirata, Yuka Ikemoto, Taro Moriwaki, Yoshinori Imai, and Kenya Ohgushi
  • Journal Title: Physical Review B Volume: 102 Pages: 035104/1-13
  • DOI: 10.1103/PhysRevB.102.035104
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Presentation] キタエフスピン液体候補物質α-RuCl3における超高速スピンダイナミクス III (2021)
  • Author(s): 天野辰哉, 大橋拓純, 川上洋平, 伊藤弘毅, 今野克哉, 青山拓也, 今井良宗, 大串研也, 若林裕助, 後藤貫太, 中村優斗, 岸田英夫, 米満賢治, 岩井伸一郎
  • Organizer: 日本物理学会第76回年次大会
• [Presentation] 層状ハニカム構造を有する半金属RuI3の結晶構造と物性 (2021)
  • Author(s): 那波和宏, 今井良宗, 藤原秀行, 髙橋遼太郎, 萩原雅人, 鳥居周輝, 奥山大輔, 平岡巧, 山田和奏, 青山拓也, 後藤弘匡, 大串研也, 佐藤卓
  • Organizer: 日本物理学会第76回年次大会
• [Presentation] Kitaevスピン液体候補物質RuX3 (X = Cl, Br, I)の配位子置換効果 (2021)
  • Author(s): 藤原秀行, 今井良宗, 山田和奏, 平岡巧, 青山拓也, 髙橋遼太郎, 那波和宏, 萩原雅人, 奥山大輔, 鳥居周輝, 川股隆行, 後藤弘匡, 加藤雅恒, 佐藤卓, 大串研也
  • Organizer: 日本物理学会第76回年次大会
• [Presentation] α-RuX3(X=Br,I)における核四重極共鳴およびゼロ磁場NMR (2021)
  • Author(s): 清水康弘, 大橋尚将, 伊藤正行, 山田和奏, 藤原秀行, 今井良宗, 大串研也
  • Organizer: 日本物理学会第76回年次大会
• [Presentation] 単結晶BaFe2X3(X=S, Se)の57Fe核共鳴前方散乱法による研究 (2021)
  • Author(s): 神田智弘, 池田修悟, 永澤延元, 今泉聖司, 青山拓也, 今井良宗, 大串研也, 小林寿夫
  • Organizer: 日本物理学会第76回年次大会
• [Presentation] 梯子型鉄系化合物 BaFe2(S1-xSex)3 における圧力下電気抵抗測定-II (2020)
  • Author(s): 野島綸斗, 青山拓也, 今井良宗, 大串研也
  • Organizer: 日本物理学会2020年秋季大会
• [Presentation] ハニカム格子磁性体RuCl3の光電子分光 (2020)
  • Author(s): 角田卓弥, 島岩泰暉, 溝川貴司, 今野克哉, 青山拓也, 今井良宗, 大串研也, N. Saini
  • Organizer: 日本物理学会2020年秋季大会
• [Presentation] Kitaevスピン液体候補物質ルテニウムハライドの高圧合成 (2020)
  • Author(s): 今井良宗, 山田和奏, 藤原秀行, 青山拓也, 髙橋遼太郎, 那波和宏, 萩原雅人, 奥山大輔, 鳥居周輝, 川股隆行, 後藤弘匡, 加藤雅恒, 佐藤卓, 大串研也
  • Organizer: 日本物理学会2020年秋季大会
• [Presentation] Kitaev模型候補物質ルテニウムハライドの結晶構造と磁気構造 (2020)
  • Author(s): 高橋遼太郎, 那波和宏, 萩原雅人, 奥山大輔, 鳥居周輝, 今井良宗, 山田和奏, 藤原秀行, 青山拓也, 後藤弘匡, 大串研也, 佐藤卓
  • Organizer: 日本物理学会2020年秋季大会
• [Presentation] 新しいキタエフスピン液体候補物質ルテニウムハライドの高圧合成 (2020)
  • Author(s): 今井良宗
  • Organizer: 新学術領域研究「量子液晶の物性科学」 量子物質開発フォーラム
• [Presentation] 梯子型鉄系化合物 BaFe2X3 (X = S および Se) における圧力誘起軌道スイッチング (2020)
  • Author(s): 青山拓也, 野島綸人, 山内徹, 今井良宗, 大串研也
  • Organizer: 第61回高圧討論会
• [Presentation] Ligand substitution effect of Kitaev-spin liquid candidate materials RuX3 (X=Cl, Br, and I) (2020)
  • Author(s): H. Fujihara, Y. Imai, W. Yamada, T. Aoyama, R. Takahashi, K. Nawa, M. Hagihala, D. Okuyama, S. Torii, T.Kawamata, H. Gotou, M.Kato, T. J. Sato, K.Ohgushi
  • Organizer: 令和２年度 新学術領域研究「量子液晶の物性科学」領域研究会
• [Presentation] Pressure-induced orbital switching in iron-based ladder material BaFe2(S1-xSex)3 (2020)
  • Author(s): Takuya Aoyama, Rinto Nojima, Yoshinori Imai, and Kenya Ohgushi
  • Organizer: 令和２年度 新学術領域研究「量子液晶の物性科学」領域研究会