Valence-skip mechanism of superconductivity in doped Dirac electron system

2020 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 18K03540
• Research Institution: Okayama University
• Principal Investigator: 小林 夏野 岡山大学, 異分野基礎科学研究所, 准教授 (60424090)
• Project Period (FY): 2018-04-01 – 2021-03-31
• Keywords: 超伝導 / ディラック電子系 / バレンススキップ超伝導

Outline of Annual Research Achievements

Ag-Sn-Se3元系においてNaCl型構造を持つAg1-xSn1+xSe2は比較的高い超伝導転移温度(～6 K)を示すだけでなく、仮想のNaCl型SnSeがディラック物質であるという予言から、ディラック点を持つ超伝導体と期待されている。
このような超伝導体において組成を系統的に変化した多結晶試料を合成したところ、超伝導転移温度はSnの濃度に比例して変化していること、中性条件とAgが1+の価数をとることを考慮すると、Snの価数は3+とその周辺に変化するであろうことが明らかになった。Snの価数が2s軌道の有無によって決定され、2+又は4+しか実現しないことを考慮すると、当該物質は高温超伝導発現機構として提唱されているバレンススキップ超伝導が実現している可能性が強く示唆された。
このAg1-xSn1+xSe2においていくつかの組成を合成し光電子分光(XPS)を行ったところ、超伝導を示す組成においては2+, 4+のSnの価数が同時に観測された。これはバレンススキップ超伝導として研究されている物質においても初であった。超伝導状態においてディラック電子実現の可能性と、バレンススキップ超伝導におけるバンド構造への興味から単結晶合成を目指して研究を行った。研究機関を通じて超伝導転移温度の異なる二つの組成で単結晶を合成した。価数が2+, 4+で異なる場合、電荷分布の変化からSn-Seの結合長が2種類あることが強く期待されたため、広域X線吸収微細構造 (EXAFS)を含む測定を行った。同時に行った多結晶試料の核磁気共鳴(NMR)と第一原理計算においても結合長の変化が見られなかったことから、異なる価数のSnは空間的に局在して分布しているのではなく、一様な金属的な電子状態内に重なって存在している可能性を強く示唆した。

Research Products

• [Int'l Joint Research] Sapienza University of Rome(イタリア)
  • Country Name: ITALY
  • Counterpart Institution: Sapienza University of Rome
• [Journal Article] Optical signatures of phase transitions and structural modulation in elemental tellurium under pressure (2020)
  • Author(s): Rodriguez Diego、Tsirlin Alexander A.、Biesner Tobias、Ueno Teppei、Takahashi Takeshi、Kobayashi Kaya、Dressel Martin、Uykur Ece
  • Journal Title: Physical Review B Volume: 101 Pages: 174101
  • DOI: 10.1103/PhysRevB.101.174104
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Superconductivity in Bi2?x Sb x Te3?y Se y (x = 1.0 and y = 2.0) under pressure (2020)
  • Author(s): He Tong、Yang Xiaofan、Taguchi Tomoya、Zhi Lei、Miyazaki Takafumi、Kobayashi Kaya、Akimitsu Jun、Ishii Hirofumi、Liao Yen-Fa、Goto Hidenori、Eguchi Ritsuko、Kubozono Yoshihiro
  • Journal Title: Journal of Physics: Condensed Matter Volume: 32 Pages: 465702～465702
  • DOI: 10.1088/1361-648x/abaad2
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Time-reversal invariant and fully gapped unconventional superconducting state in the bulk of the topological compound Nb0.25Bi2Se3 (2020)
  • Author(s): Das Debarchan、Kobayashi K.、Smylie M. P.、Mielke C.、Takahashi T.、Willa K.、Yin J.-X.、Welp U.、Hasan M. Z.、Amato A.、Luetkens H.、Guguchia Z.
  • Journal Title: Physical Review B Volume: 102 Pages: 134514
  • DOI: 10.1103/PhysRevB.102.134514
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Two Linear Regimes in Optical Conductivity of a Type-I Weyl Semimetal: The Case of Elemental Tellurium (2020)
  • Author(s): Rodriguez Diego、Tsirlin Alexander A.、Biesner Tobias、Ueno Teppei、Takahashi Takeshi、Kobayashi Kaya、Dressel Martin、Uykur Ece
  • Journal Title: Physical Review Letters Volume: 124 Pages: 136402
  • DOI: 10.1103/PhysRevLett.124.136402
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Superconductivity in 5d transition metal Laves phase SrIr2 (2020)
  • Author(s): Horie R、Horigane K、Nishiyama S、Akimitsu M、Kobayashi K、Onari S、Kambe T、Kubozono Y、Akimitsu J
  • Journal Title: Journal of Physics: Condensed Matter Volume: 32 Pages: 175703～175703
  • DOI: 10.1088/1361-648X/ab6a2e
  • Peer Reviewed
• [Presentation] Ag0.8Sn1.2Se2 単結晶の顕微光電子分光 (2021)
  • Author(s): 脇田高徳, 片岡範行, Li Ya Jun, 室隆桂之, 小林夏野, 上野哲平, 秋光純, 村岡祐治, Naurang L. Saini, 横谷尚睦
  • Organizer: 日本物理学会
• [Presentation] (Pb1-xTlx)Te超伝導体における不純物サイトのNMR緩和率とナイトシフト測定から見た電荷近藤効果 (2020)
  • Author(s): 堀川瑠星, 八島光晴, 椋田秀和, 三宅和正A, 村上博成B, P. WalmsleyC, P. Giraldo-GalloC, T. Geballe, I. Fisher, 高橋武士, 小林夏野
  • Organizer: 日本物理学会