同位体NMR法を用いた電子の複合揺らぎが創発する超伝導現象の探索

2022 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 21J14053
• Research Institution: Osaka University
• Principal Investigator: 小内 貴祥 大阪大学, 基礎工学研究科, 特別研究員(DC2)
• Project Period (FY): 2021-04-28 – 2023-03-31
• Keywords: 強相関電子系 / 鉄系超伝導 / 核磁気共鳴

Outline of Annual Research Achievements

鉄系高温超伝導体LaFeAsO1-y(F/H)yはこれまで低電子ドープ域（Fドープ）の超伝導相では、低エネルギーのスピン揺らぎがTcと相関することが知られている一方、過剰電子ドープ域（Hドープ域）において理論研究からは超伝導発現機構の候補としてスピン揺らぎもしくは軌道揺らぎを媒介とするクーパーペア形成が提唱されているが、実験的解決には至っていない状況であった。本研究では、過剰電子ドープ超伝導相において、低エネルギー域にギャップを持つスピン揺らぎの増大が超伝導転移温度Tcと密に相関することを示し、過剰電子ドープ域の超伝導の再出現の重要な因子であることを明らかにした。これは低ドープ域の超伝導相で見られる低温で発達するタイプの低エネルギースピン揺らぎがTcと相関する特徴と大きく異なることがわかった。
さらに、最近合成されたAsサイトをSb置換した組成（LaFe(As1-xSbx)O1-y(F/H)y）に着目し、大きな電気四重極モーメントをもつSb核の同位体Sb-NMR実験により軌道揺らぎをSb核が受ける電場勾配の揺らぎとして観測できることを世界で初めて明らかにした。このdxz/dyz軌道の揺らぎは、母物質から低電子ドープ超伝導相にかけて観測されるが、過剰電子ドープ超伝導相へ向けて大きく抑制されることがわかった。大型単結晶合成の困難な系では軌道揺らぎへの実験的アプローチはほとんどなかったが、単結晶を必ずしも必要としない同位体Sb-NMR法を用いることで、多結晶でも広範な電子ドープ域に渡りスピンと軌道の両者の揺らぎの両面から超伝導との相関を議論できることを示した。

Research Progress Status

令和4年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

令和4年度が最終年度であるため、記入しない。

Research Products

• [Journal Article] Enhanced superconductivity and moderate spin fluctuations suppressed at low energies in heavily electron-doped La1111-based superconductor (2022)
  • Author(s): Kouchi T.、Nishioka S.、Suzuki K.、Yashima M.、Mukuda H.、Kawashima T.、Tsuji H.、Kuroki K.、Miyasaka S.、Tajima S.
  • Journal Title: Physical Review B Volume: 105 Pages: 1,6
  • DOI: 10.1103/PhysRevB.105.144510
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] ⁷⁵As NMR studies on iron-based La1111 superconductors in lightly and heavily electron doped states (2022)
  • Author(s): Kouchi T、Yoshinaga K、Nishioka S、Shiota T、Yashima M、Mukuda H、Kuroki K、Miyasaka S、Tajima S
  • Journal Title: Journal of Physics: Conference Series Volume: 2323 Pages: 012011～012011
  • DOI: 10.1088/1742-6596/2323/1/012011
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Presentation] 同位体Sb核NMRによる電気的緩和を用いた鉄系物質の超伝導状態 (2023)
  • Author(s): 小内貴祥, 吉永享平, 浅野友也, 西岡颯太郎, 八島光晴, 椋田秀和, 川嶋強, 辻拡和, 宮坂茂樹, 田島節子, 伊豫彰
  • Organizer: 日本物理学会春季大会
• [Presentation] 同位体Sb 核NMRによる電気的緩和を用いた鉄系物質の高温超伝導状態 (2022)
  • Author(s): 小内貴祥, 吉永享平, 浅野友也, 西岡颯太郎, 八島光晴, 椋田秀和, 川嶋強, 辻拡和, 宮坂茂樹, 田島節子, 伊豫彰
  • Organizer: 京都大学基礎物理学研究所研究会「非自明な電子状態で発現する超伝導現象の新しい潮流」
• [Presentation] 同位体Sb-NMR法を用いた過剰電子ドープ鉄系超伝導体におけるスピン揺らぎ/軌道揺らぎと超伝導の相関 (2022)
  • Author(s): 小内貴祥, 吉永享平, 浅野友也, 西岡颯太郎, 八島光晴, 椋田秀和, 川嶋強, 辻拡和, 宮坂茂樹, 田島節子, 伊豫彰
  • Organizer: 日本物理学会秋季大会
• [Presentation] Local fluctuations correlated with superconductivity in iron pnictides (2022)
  • Author(s): T. Kouchi, K. Yoshinaga, T. Asano, S. Nishioka, M. Yashima, H. Mukuda, T. Kawashima, H. Tsuji, S. Miyasaka, S. Tajima, A. Iyo
  • Organizer: 29th International Conference on Low Temperature Physics(LT29)
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Local fluctuations correlated with superconductivity in iron pnictides (2022)
  • Author(s): T. Kouchi, K. Yoshinaga, T. Asano, S. Nishioka, M. Yashima, H. Mukuda, T. Kawashima, H. Tsuji, S. Miyasaka, S. Tajima, A. Iyo
  • Organizer: International Workshop: Frontiers of NMR Study on Strongly Correlated Electron Systems
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] 同位体Sb-NMRを用いた過剰電子ドープ鉄系超伝導体におけるスピン揺らぎと軌道揺らぎ (2022)
  • Author(s): 小内貴祥, 吉永享平, 西岡颯太郎, 八島光晴, 椋田秀和, 川嶋強, 辻拡和, 宮坂茂樹, 田島節子, 伊豫彰
  • Organizer: 日本物理学会春季大会