パルス中性子を用いた鉄系超伝導体のスピン揺らぎと超伝導の研究

2020 Fiscal Year Research-status Report

• Project/Area Number: 19K03718
• Research Institution: Okayama University
• Principal Investigator: 堀金 和正 岡山大学, 異分野基礎科学研究所, 准教授 (10406829)
• Project Period (FY): 2019-04-01 – 2022-03-31
• Keywords: 鉄系超伝導体 / 中性子 / 磁気励起

Outline of Annual Research Achievements

本年度は昨年度合成した最適ドープ領域付近のCa1-xNaxFe2As2(0.5<x<0.7)におけるNa濃度をより正確に決定するために、過去の報告に基づくc軸長からのNa濃度の見積もりだけでなく電子線マイクロアナライザーEPMAによる組成分析を合わせて実施し、我々が合成した実験試料でのNa濃度とc軸長の関係を新たに導き出した。そこで得られたNa濃度とc軸長の相関関係を用いて超伝導相図を新たに作成しなおすと、磁気秩序の抑制に伴い超伝導転移温度が急激に増大する傾向があることが明らかになった。
また、昨年度実施した『千手』による磁気構造解析を進めx=0.51における磁気秩序が母物質CaFe2As2と同様のストライプ型の磁気構造を有し、磁気モーメントの大きさは0.370μB/Feであることが明らかになった。母物質のFe磁気モーメントの大きさが0.8μB/Feであるため、Na置換によるキャリアドーピングにより磁気モーメントの大きさはほぼ半分程度になっていることが判明した。
更に鉄系超伝導体はマルチバンド超伝導体であり、キャリアもホールと電子両方が存在することが期待されるため作成した単結晶試料によるホール係数測定も進めている。x=0.537における測定を実施し、すべての温度領域においてホール係数が正になっているのでホールがキャリアであることが分かった。また、キャリア濃度は最大で5×10^27[1/m^3]となった。しかし、キャリア濃度が 150K 以下で急激に減少するなど異常なふるまいが観測され、現在2キャリアでの解析を進めているところである。

Current Status of Research Progress

3: Progress in research has been slightly delayed.

Reason

本年度は学内で実施できる研究を中心として行っており、EPMAによるNa濃度評価やホール測定等の新たな試みも進めており試料評価に関する研究には進展があった。しかし、今年度実施予定であったCa(Fe1-xCox)2As2系における中性子実験が実施できなかったためCa1-xNaxFe2As2とCa(Fe1-xCox)2As2との比較（ホールドープと電子ドープ）による磁気励起の比較検討を行うことが出来なった。以上の点から本研究課題の進捗状況をやや遅れていると結論づけた。

Strategy for Future Research Activity

前年度に引き続きCa1-xNaxFe2As2における中性子散乱実験により得られた結果の解析を進めるととともに本研究課題で明らかにしたい磁性・超伝導および結晶構造の間の相関関係を明らかにするためにCa(Fe1-xCox)2As2系における中性子実験を進める。具体的にはFRM-Ⅱの3軸中性子散乱装置PUMAを用いて実験する予定である。昨今の事情により試料を送付し、遠隔操作での実験を予定している。

Causes of Carryover

外部実験による出張費を利用することが出来なかったため、令和2年度において残額が生じてしまった。次年度では高純度試薬の購入に充てる予定である。