実空間と時間の両領域で見る銅酸化物における擬ギャップ状態と高温超伝導の関わり

2022 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 19K03732
• Research Institution: Hokkaido University
• Principal Investigator: 小田 研 北海道大学, 理学研究院, 教授 (70204211)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 戸田 泰則 北海道大学, 工学研究院, 教授 (00313106)
• Project Period (FY): 2019-04-01 – 2023-03-31
• Keywords: 銅酸化物高温超伝導 / STM/STS / ポンププローブ時間分解分光 / 擬ギャップ / 電子系変調構造 / 反強磁性秩序

Outline of Annual Research Achievements

本研究の目的は、フェルミ面の二分性という特徴を持つ銅酸化物高温超伝導体において、走査トンネル顕微鏡分光（STM/STS）とポンプ・プローブ時間分解分光（PPTS）を行い、これらにより得られる電子系の時空間情報を基に、「擬ギャップ（PG）を伴うフェルミ面領域（アンタイノード（AN）領域）の電子状態が他方のフェルミアーク（FA）領域で起こる高温超伝導の発現機構に関わっているか」という問題を解明することである。前年度までに実施したBi系銅酸化物Bi2212における研究では、AN領域における特性エネルギーの異なる２つの電子系変調（ペア密度波を反映するチェッカーボード変調とｄ構造因子密度波）は、FAにおける超伝導準粒子干渉変調と明確な相関を持って時間と空間の両領域で共存することが示された。本研究では、上記の電子系変調の時空間相関が普遍的な性質であることを明らかにするため、他のBi系銅酸化物Bi2201においても同様の実験を行っているが、今年度はPPTS実験で進展が得られた。
Bi2201のPPTSによる研究では、高強度超短パルス光照射によりAN領域のPGとFA領域の超伝導ギャップ（SCG）を実空間の局所領域で破壊し、その後の両者の形成過程を時間分解で調べている。LaあるいはEuを10%オーダで添加することによりPGの発達の程度を制御したLa-Bi2201とEu-Bi2201でPPTSを行った結果、PGの発達の程度に関わらず、FAでのSCGの形成はAN領域のPG状態が完全に回復してから始まること、すなわち、両者の形成過程に明確な時間相関があり、超伝導はPG状態と時間空間においても共存して起こることが明らかとなった。
以上に記したように、本研究により得られた結果は、AN領域の電子状態がFAで起こる高温超伝導に深く関わっていることを示すものであり、したがって、本研究の目的は概ね達成された。

Research Products

• [Int'l Joint Research] Univ Zurich/Paul Scherrer Inst(スイス)
  • Country Name: SWITZERLAND
  • Counterpart Institution: Univ Zurich/Paul Scherrer Inst
• [Int'l Joint Research] Chalmers Univ Technol/Uppsala Univ(スウェーデン)
  • Country Name: SWEDEN
  • Counterpart Institution: Chalmers Univ Technol/Uppsala Univ
• [Int'l Joint Research] European Synchrotron Radiat Facil/Univ Grenoble Alpes/Univ Toulouse(フランス)
  • Country Name: FRANCE
  • Counterpart Institution: European Synchrotron Radiat Facil/Univ Grenoble Alpes/Univ Toulouse
• [Int'l Joint Research] Max Planck Inst Solid State Res/Karlsruher Inst Technol/Inst Kristallog(ドイツ)
  • Country Name: GERMANY
  • Counterpart Institution: Max Planck Inst Solid State Res/Karlsruher Inst Technol/Inst Kristallog
  • # of Other Institutions: 1
• [Int'l Joint Research] Diamond Light Source(英国)
  • Country Name: UNITED KINGDOM
  • Counterpart Institution: Diamond Light Source
• [Int'l Joint Research]
  • # of Other Countries: 2
• [Journal Article] Fate of charge order in overdoped La-based cuprates (2023)
  • Author(s): von Arx K.、Wang Qisi、Mustafi S.、Mazzone D. G.、Horio M.、Mukkattukavil D. John、Pomjakushina E.、Pyon S.、Takayama T.、Takagi H.、Kurosawa T.、Momono N.、Oda M.、Brookes N. B.、Betto D.、Zhang W.、Asmara T. C.、Tseng Y.、Schmitt T.、Sassa Y.、Chang J.
  • Journal Title: npj Quantum Materials Volume: 8 Pages: 7-6
  • DOI: 10.1038/s41535-023-00539-w
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Optical vortex induced spatio-temporally modulated superconductivity in a high-Tc cuprate (2023)
  • Author(s): Toda Yasunori、Tsuchiya Satoshi、Yamane Keisaku、Morita Ryuji、Oda Migaku、Kurosawa Tohru、Mertelj Tomaz、Mihailovic Dragan
  • Journal Title: Optics Express Volume: 31 Pages: 17537～17537
  • DOI: 10.1364/OE.487041
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Single-domain stripe order in a high-temperature superconductor (2022)
  • Author(s): Simutis Gediminas、Kuspert Julia、Wang Qisi、Choi Jaewon、Bucher Damian、Boehm Martin、Bourdarot Frederic、Bertelsen Mads、Wang Chennan N、Kurosawa Tohru、Momono Naoki、Oda Migaku、Mansson Martin、Sassa Yasmine、Janoschek Marc、Christensen Niels B.、Chang Johan、Mazzone Daniel G.
  • Journal Title: Communications Physics Volume: 5 Pages: 01061-4
  • DOI: 10.1038/s42005-022-01061-4
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Pseudogap suppression by competition with superconductivity in La-based cuprates (2022)
  • Author(s): Kuspert J.、Cohn Wagner R.、Lin C.、von Arx K.、Wang Q.、Kramer K.、Pudelko W. R.、Plumb N. C.、Matt C. E.、Fatuzzo C. G.、Sutter D.、Sassa Y.、Yan J.-Q.、Zhou J.-S.、Goodenough J. B.、Pyon S.、Takayama T.、Takagi H.、Kurosawa T.、Momono N.、Oda M.、Hoesch M.、Cacho C.、Kim T. K.、Horio M.、Chang J.
  • Journal Title: Physical Review Research Volume: 4 Pages: 043015-9
  • DOI: 10.1103/PhysRevResearch.4.043015
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Competition between spin ordering and superconductivity near the pseudogap boundary in La2-xSrxCuO4: Insights from NMR (2022)
  • Author(s): Vinograd I.、Zhou R.、Mayaffre H.、Kramer S.、Ramakrishna S. K.、Reyes A. P.、Kurosawa T.、Momono N.、Oda M.、Komiya S.、Ono S.、Horio M.、Chang J.、Julien M.-H.
  • Journal Title: Physical Review B Volume: 106 Pages: 054522-20
  • DOI: 10.1103/PhysRevB.106.054522
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Evidence for a Square-Square Vortex Lattice Transition in a High-T-c Cuprate Superconductor (2022)
  • Author(s): Campbell D. J.、Frachet M.、Benhabib S.、Gilmutdinov I.、Proust C.、Kurosawa T.、Momono N.、Oda M.、Horio M.、Kramer K.、Chang J.、Ichioka M.、LeBoeuf D.
  • Journal Title: Physical Review Letters Volume: 129 Pages: 067001-6
  • DOI: 10.1103/PhysRevLett.129.067001
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Crystal symmetry of stripe-ordered La1.88Sr0.12CuO4 (2022)
  • Author(s): Frison R.、Kuspert J.、Wang Qisi、Ivashko O.、Zimmermann M. v.、Meven M.、Bucher D.、Larsen J.、Niedermayer Ch.、Janoschek M.、Kurosawa T.、Momono N.、Oda M.、Christensen N. B.、Chang J.
  • Journal Title: Physical Review B Volume: 105 Pages: 224113-8
  • DOI: 10.1103/PhysRevB.105.224113
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Unveiling Unequivocal Charge Stripe Order in a Prototypical Cuprate Superconductor (2022)
  • Author(s): Choi J.、Wang Q.、Joehr S.、Christensen N. B.、Kuspert J.、Bucher D.、Biscette D.、Fischer M. H.、Hucker M.、Kurosawa T.、Momono N.、Oda M.、Ivashko O.、Zimmermann M. v.、Janoschek M.、Chang J.
  • Journal Title: Physical Review Letters Volume: 128 Pages: 207002-7
  • DOI: 10.1103/PhysRevLett.128.207002
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Uniaxial pressure induced stripe order rotation in La1.88Sr0.12CuO4 (2022)
  • Author(s): Wang Qisi、von Arx K.、Mazzone D. G.、Mustafi S.、Horio M.、Kuspert J.、Choi J.、Bucher D.、Wo H.、Zhao J.、Zhang W.、Asmara T. C.、Sassa Y.、Mansson M.、Christensen N. B.、Janoschek M.、Kurosawa T.、Momono N.、Oda M.、Fischer M. H.、Schmitt T.、Chang J.
  • Journal Title: Nature Communications Volume: 13 Pages: 1795-6
  • DOI: 10.1038/s41467-022-29465-4
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Presentation] 少量の過剰酸素が添加されたLa系銅酸化物の電気伝導と磁気秩序の関わり (2023)
  • Author(s): 宮腰宏太, 城剛希, 岩松柾希, 衣川裕也, 水田崇聖, 井原慶彦, 吉田紘行, 戸田泰則, 黒澤徹, 桃野直樹, 小田研
  • Organizer: 日本物理学会2023年春季大会
• [Presentation] 少量の過剰酸素が添加された La 系銅酸化物の磁場中における 超伝導および超伝導揺らぎ (2023)
  • Author(s): 岩松柾希, 宮腰宏太, 城剛希, 衣川裕也, 水田崇聖, 井原慶彦, 吉田紘行, 戸田泰則, 黒澤徹, 桃野直樹, 小田研
  • Organizer: 日本物理学会2023年春季大会
• [Presentation] Effects of magnetic order on electronic conduction in high-Tc cuprate La2CuO4+d (2022)
  • Author(s): K. Miyakoshi, M. Iwamatsu, K. Tachi, Y. Kinugawa, S. Mizuta, Y. Ihara, H. Yoshida, Y. Toda, T. Kurosawa, N. Momono, and M. Oda
  • Organizer: International workshop on Microscopic Properties of Quantum Materials
  • Int'l Joint Research