2022 Fiscal Year Research-status Report
クリーンなBi2212を用いた真の電子相図の決定：超伝導機構の解明に向けて
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20K03849
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| Research Institution | Hirosaki University |
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Principal Investigator |
渡辺 孝夫 弘前大学, 理工学研究科, 客員研究員 (40431431)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
藤井 武則 東京大学, 低温科学研究センター, 助教 (80361666)
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| Project Period (FY) |
2020-04-01 – 2024-03-31
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| Keywords | 高温超伝導 / 銅酸化物 / 電子相図 / 酸素量制御 / アンダードープ / 抵抗率 / 鉄系超伝導体 / BCS-BECクロスオーバー |
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| Outline of Annual Research Achievements |
銅酸化物高温超伝導体の真の電子相図を明らかにすることは、超伝導機構解明のために重要である。令和３年度は、Bi(Pb)-2212を用いて最適ドープから十分なオーバードープまでの電子相図を調べ、量子臨界点（QCP）モデルよりも共鳴原子価結合（RVB）モデルの予想の方が近いことを明らかにした。そこで令和４年度は、Bi-2212のアンダードープ側の調査を試みた。ここでは、結晶組成を工夫すること及びアニールによる酸素量制御を精密に行うことにより、絶縁体ー超伝導体転移を含む広い範囲でドープ量（p）を制御することに初めて成功した。今後、抵抗率に加えて磁気抵抗やホール効果測定を行い、アンダードープ側の電子相図を明らかにする。
また関連して、銅酸化物と同様に非従来型超伝導体である鉄系超伝導体FeTeSeの電子相図も調べている。鉄系超伝導体FeSeでは、超伝導ギャップの大きさとフェルミエネルギーが同程度になるため、BCS-BECクロスオーバー（極めて強結合な超伝導状態）に位置することが提案されている。 FeTeSeも類似の系であるため、同様なことが期待される。しかし、 FeTeSeは過剰鉄の問題があって研究が遅れていた。この問題を解決するため、代表者は効果的に過剰鉄を取り除くTeアニール法を開発した。令和４年度は、この結晶を用いて磁気抵抗と帯磁率測定を行い超伝導揺らぎのオンセット温度（Tscf）を見積もった。その結果、 FeTe0.6Se0.4では Tscf（= 40 K）がTc（= 14.7 K）の2.7倍であることが分かった。この値は、銅酸化物や FeSeと比較しても大きく、この系が確かに BCS-BECクロスオーバーに位置することを示している。この結果を、札幌で開催された国際会議LT29で発表した。
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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
当初の計画通り、 Bi-2212単結晶の絶縁体ー超伝導体転移を含むアンダードープ側の酸素量によるドープ量制御に成功した。 抵抗率測定の結果、p~0.1でTcに落ち込みが見られ、いわゆる1/8異常を観測した。また、p~0.1以下の十分なアンダードープ領域では、 Tc（ゼロ抵抗温度）が電流に大きく依存することを見出した。このことは、今後に繋がる大きな成果である。さらに、鉄系超伝導体FeTeSeが BCS-BECクロスオーバーに位置することを、超伝導揺らぎに敏感なプローブ（磁気抵抗と帯磁率測定）を用いて明らかにした。
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| Strategy for Future Research Activity |
令和５年度は、アンダードープに調整されたBi-2212を用いて磁気抵抗やホール効果測定を行い、銅酸化物高温超伝導体の電子相図の全貌を明らかにする。また、これまで得られた結果を論文化し、学会や国際会議で発表する。
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| Causes of Carryover |
代表者は、令和３年度で弘前大学を定年退職した。そのため、令和４年度は単結晶育成装置やアニール炉などの主な設備を分担者が所属する大学に移設し、今後の実験の遂行は分担者が行うこととした。また、実験をより精細に行い論文化するために、研究期間をもう一年延長した。令和５年度は、分担者は移設した装置の立ち上げのために種々の消耗品等を購入する。代表者は、論文の英文校閲や学会出張旅費に充てる。
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[Presentation] Probing time-reversal symmetry breaking in FeSe1-xTex superconductors by muon spin relaxation2023
Author(s)
Masaki Roppongi, Koki Ogawa, Yipeng Cai, Guoqiang Zhao, Mohamed Oudah, Supeng Liu, Marta-Villa de Toro Sanchez, Cyrus Young, Jinsong Zhang, Igor Markovic, Takao Watanabe, Takenori Fujii, Kohei Matsuura, Kota Ishihara, Kenichiro Hashimoto, Douglas A. Bonn, Kenji M. Kojima, Yasutomo J. Uemura, and Takasada Shibauchi
Organizer
APS March meeting 2023
Int'l Joint Research
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