2019 Fiscal Year Annual Research Report
Unified elucidation of the genuine electronic state and the mechanism of superconductivity in cuprates with different coordination numbers
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19H01841
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| Research Institution | Sophia University |
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Principal Investigator |
足立 匡 上智大学, 理工学部, 教授 (40333843)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
藤田 全基 東北大学, 金属材料研究所, 教授 (20303894)
木村 宏之 東北大学, 多元物質科学研究所, 教授 (50312658)
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| Project Period (FY) |
2019-04-01 – 2022-03-31
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| Keywords | 電子ドープ型銅酸化物 / T*型銅酸化物 / ミュオンスピン緩和 / X線吸収分光 / 精密結晶構造解析 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
電子ドープ型T'銅酸化物La2-xCexCuO4のオーバードープ領域の薄膜をパルスレーザー堆積法で作製した。作製後の還元アニール条件を調整することで、最適に還元されたx=0.13と0.17の薄膜を準備し、低エネルギーミュオンを用いたμSR測定を行った。その結果、x=0.13、0.17ともに低温でCuスピン相関が発達することを見出した。x=0.17でのCuスピン相関の発達は、最近提案されている強磁性ゆらぎが関係しているかもしれない。
電子ドープ型T'銅酸化物Pr1.3-xLa0.7CexCuO4のアンダードープ領域の単結晶に適切な還元を行った試料を用いてホール抵抗の測定を行った。その結果、還元してTc~28Kのバルク超伝導を示すx=0.10ではホール抵抗率が磁場に非線形に振る舞うことを見出した。このことから、超伝導とマルチキャリアに関係があると結論した。
KEK-PFのBL-14Aに設置された放射光X線回折装置を用いて、電子ドープ型(Pr,La,Ce)2CuO4の超伝導試料の超精密結晶構造解析を行った。通常のArアニール、プロテクトアニール、ダイナミックアニールの異なる還元によって、(Pr,La,Ce)サイトが少なくとも2サイトに無秩序に分裂する構造が解消されることを見出した。これは、母物質試料の結果と一致する。
T*構造銅酸化物La1-x/2Eu1-x/2SrxCuO4の磁性研究をミュオンスピン回転/緩和(μSR)法で行い、本物質の超伝導化に必要な高圧酸素アニール処理によってスピングラス的磁気秩序が広いSr濃度範囲で消失することを明らかにした。T*構造銅酸化物の静的磁気秩序と超伝導の競合関係を示す結果で、これにより酸素5配位構造の研究を行う基盤を整えた。また、La2-xSrxCuO4の超伝導相で、超伝導と共存／競合する二種類の電荷秩序が存在することを高分解能共鳴軟X線散乱で明らかにした。これまでの中性子散乱の結果と合わせ、共存／競合状態が磁気秩序と密接な関わりがあることも判明した。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
T'構造銅酸化物において、Cuスピン相関、マルチキャリアと超伝導の関連についての結果を得たことで、我々が提唱する電子構造モデルが実現している可能性が高くなった点は重要な進展である。また、精密結晶構造解析からレアアースサイトの分裂が還元によってなくなることを明らかにした点も重要な知見である。さらに、T*構造に関して磁性と超伝導が競合することが明らかになったことも大きな発見である。これらのことから、今年度は概ね期待通りの進展と判断した。
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| Strategy for Future Research Activity |
T'型Pr1.3-xLa0.7CexCuO4のホール抵抗測定を拡張し、様々な電子ドープ試料と還元試料において測定を継続し、マルチキャリアと超伝導の関連を確定させる。また、X線吸収分光の測定から還元による電子ドープ量を定量的に評価し、還元による電子状態の変化についての知見を得る。
T'型Nd2-xCexCuO4のx=0.15の単結晶試料に様々な還元を行い、輸送特定とミュオンスピン緩和の測定から還元による電子状態の変化を明らかにする。また、精密結晶構造解析から還元が構造に与える影響を明らかにする。
T*型銅酸化物に様々な酸化還元アニールを行い、ミュオンスピン緩和とX線吸収分光の測定から、5配位銅酸化物の電子状態の特徴を洗い出す。
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[Journal Article] Band structure of overdoped cuprate superconductors: density functional theory matching experiments2019
Author(s)
K.P. Kramer, M. Horio, Y. Sassa, M. Shi, S. Pyon, T. Takayama, H. Takagi, T. Adachi, T. Ohgi, T. Kawamata, Y. Koike, T. Kondo, O.J. Lipscombe, S.M. Hayden, M. Ishikado, H. Eisaki, T. Neupert, J. Chang et al.
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Journal Title
Physical Review B
Volume: 99
Pages: 224509(1-8)
DOI
Peer Reviewed / Int'l Joint Research
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[Journal Article] Observation of two types of charge-density-wave orders in superconducting La2-xSrxCuO42019
Author(s)
J.-J. Wen, H. Huang, S.-J. Lee, H. Jang, J. Knight, Y. S. Lee, M. Fujita, K. M. Suzuki, S. Asano, S. A. Kivelson, C.-C. Kao, and J.-S. Lee
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Journal Title
Nature Communications
Volume: 10
Pages: 3269(1-6)
DOI
Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
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[Journal Article] Oxidation Annealing Effects on the Spin-Glass-Like Magnetism and Appearance of Superconductivity in T*-type La1-x/2Eu1-x/2SrxCuO4 (0.14≦x≦0.28)2019
Author(s)
S. Asano, K. M. Suzuki, K. Kudo, I. Watanabe, A. Koda, R. Kadono, T. Noji, Y. Koike, T. Taniguchi, S. Kitagawa, K. Ishida, and M. Fujita
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Journal Title
Journal of the Physical Society of Japan
Volume: 88
Pages: 084709(1-6)
DOI
Peer Reviewed
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[Journal Article] d-wave superconducting gap observed in protect-annealed electron-doped cuprate superconductors Pr1.3-xLa0.7CexCuO42019
Author(s)
M. Horio, K. Koshiishi, S. Nakata, K. Hagiwara, Y. Ota, K. Okazaki, S. Shin, S. Ideta, K. Tanaka, A. Takahashi, T. Ohgi, T. Adachi, Y. Koike and A. Fujimori
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Journal Title
Physical Review B
Volume: 100
Pages: 054517(1-5)
DOI
Peer Reviewed
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[Journal Article] Nature of carrier doping in T’-La1.8-xEu0.2SrxCuO4 studied by X-ray photoemission and absorption spectroscopy2019
Author(s)
C. Lin, M. Horio, T. Kawamata, S. Saito, K. Koshiishi, S. Sakamoto, Y. Zhang, K. Yamamoto, K. Ikeda, Y. Hirata, K. Takubo, H. Wadati, A. Yasui, Y. Takagi, E. Ikenaga, T. Adachi, Y. Koike and A. Fujimori
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Journal Title
Journal of the Physical Society of Japan
Volume: 88
Pages: 115004(1-2)
DOI
Peer Reviewed
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[Presentation] Development of ferromagnetic fluctuations in heavily overdoped Bi-2201 cuprates2019
Author(s)
T. Adachi, K. Kurashima, S. Onishi, M. Harada, K. Kawabata, H. Kuwahara, H. Kuroe, K. M. Suzuki, Y. Fukunaga, T. Kawamata, T. Noji, Y. Koike, H. Miyasaka, I. Watanabe, M. Miyazaki, A. Koda, R. Kadono
Organizer
Spectroscopies in Novel Superconductors 2019 (SNS2019)
Int'l Joint Research
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[Presentation] Development of ferromagnetic fluctuations in heavily overdoped Bi-2201 high-Tc superconductors2019
Author(s)
T. Adachi, K. Kurashima, S. Onishi, M. Harada, K. Kawabata, H. Kuwahara, H. Kuroe, K. M. Suzuki, Y. Fukunaga, T. Kawamata, T. Noji, Y. Koike, H. Miyasaka, I. Watanabe, M. Miyazaki, A. Koda, R. Kadono
Organizer
International Conference 'Superstripes 2019'
Int'l Joint Research / Invited
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[Presentation] 電子ドープ型T'銅酸化物Nd2-xCexCuO4のアンダードープ領域における還元処理による電子状態の変化2019
Author(s)
出井優, 川端公貴, 今井明音, 馬橋直貴, 桑原英樹, 黒江晴彦, 渡邊功雄, 幸田章宏, 岡部博孝, 門野良典, 足立匡
Organizer
日本物理学会2019年秋季大会
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[Presentation] Ferromagnetic fluctuations in heavily hole-overdoped Bi-2201 cuprates: transport, magnetic and μSR studies2019
Author(s)
T. Adachi, K. Kurashima, S. Onishi, M. Harada, K. Kawabata, H. Kuwahara, H. Kuroe, T. Kawamata, T. Noji, Y. Koike, I. Watanabe, M. Miyazaki, A. Koda, R. Kadono
Organizer
J-PARC Symposium 2019
Int'l Joint Research
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[Presentation] μSR study of the electronic states in the electron-underdoped high-Tc cuprates Nd2-xCexCuO42019
Author(s)
Y. Idei, K. Kawabata, A. Imai, N. Umahashi, H. Kuwahara, H. Kuroe, I. Watanabe, A. Koda, H. Okabe, R. Kadono, T. Adachi
Organizer
J-PARC Symposium 2019
Int'l Joint Research
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[Presentation] Development of ferromagnetic fluctuations in heavily hole-overdoped high-Tc cuprates2019
Author(s)
T. Adachi, K. Kurashima, S. Onishi, M. Harada, K. Kawabata, H. Kuwahara, H. Kuroe, T. Kawamata, T. Noji, Y. Koike, I. Watanabe, M. Miyazaki, A. Koda, R. Kadono
Organizer
International Conference 'Electron Correlation in Superconductors and Nanostructures (ECSN-2019)
Int'l Joint Research / Invited
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