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2013 Fiscal Year Research-status Report

角度分解光電子分光による鉄系超伝導体の超伝導ギャップ対称性と擬ギャップ相図の解明

Research Project

Project/Area Number 24740215
Research InstitutionTohoku University

Principal Investigator

中山 耕輔  東北大学, 理学(系)研究科(研究院), 助教 (40583547)

Keywords光電子分光 / 高温超伝導 / 鉄系超伝導体
Research Abstract

前年度に引き続き励起光源系の改良・整備を進め、He、Xe等の希ガスを用いた励起エネルギー可変測定が迅速かつ安定して行えるようになった。また、光源の真空排気系を改良することで超高真空化を実現し、試料表面の劣化速度をこれまでの約半分に抑えた。これにより実験効率の向上を実現し、同時に実効的な分解能を2倍高めた。また、新型の試料基板の設計や液体He循環機構の改良を行い、極低温で長時間安定して測定することを可能にした。
改良した装置と放射光を併用して、最適ドープBa1-xKxFe2As2およびNaFe1-xCoxAsのバルク電子状態を決定し、各フェルミ面で開く超伝導ギャップを高精度で決定した。また、Tc以下でフェルミ準位近傍のバンド構造に異常を観測し、その波数依存性とエネルギースケールから、電子が反強磁性的な相互作用を強く受けていることを明らかにした。以上の結果から、反強磁性揺らぎが超伝導に重要な役割を果たしていることが示唆される。
最適ドープBa1-xKxFe2Asとは異なり、超伝導ギャップ関数にノードの存在が指摘されている過剰ドープBa0.1K0.9Fe2As2の超高分解能ARPESを行い、超伝導ギャップを三次元的な波数の関数として決定した。その結果、M点近傍でギャップノードを直接観測することに成功した。最適ドープ組成とはノードの有無という大きな違いはあるものの、対称性という観点からは両者ともs±波で説明できることから、超伝導機構自体は共通している可能性を示唆した。
また、ごく最近になって高温超伝導の可能性が示唆されている超薄膜のバンド構造と超伝導ギャップを決定し、ディラック錐的なバンド分散の存在やs波的な超伝導ギャップを直接観測した。

Current Status of Research Progress
Current Status of Research Progress

1: Research has progressed more than it was originally planned.

Reason

光電子分光装置の改良は当初の計画通り進んでいる。電子状態の測定についても、Ba1-xKxFe2As2系における三次元バルク電子状態を決定し、超伝導対称性を明らかにした。また、超伝導ギャップのドープ量依存性や物質依存性を決定し、これまで測定した系においては反強磁性揺らぎを基礎とした超伝導機構で矛盾なく実験結果を説明できることを見出すなど、概ね当初の計画通り進捗している。
これら当初の計画に加えて、ごく最近になって鉄系超伝導体の中で最も高いTcが実現している可能性が示されたFeSe超薄膜を作成し、その電子状態を決定することに成功した。その結果、ディラック錐的なバンドの存在を見出すなど進展があった。

Strategy for Future Research Activity

計画書の記載内容に沿って、光電子分光装置の改良と並行して、鉄系高温超伝導体の超伝導ギャップや擬ギャップ、準粒子について系統的な研究を進める。また、新たに発見されたFeSe超薄膜の電子状態についても同時並行で研究を行う。

Expenditure Plans for the Next FY Research Funding

次年度使用額は、今年度の研究を効率的に遂行したことによって発生した未使用額である。
平成26年度請求額と合わせ、平成26年度の研究遂行に使用する予定である。

  • Research Products

    (12 results)

All 2014 2013

All Journal Article (3 results) (of which Peer Reviewed: 3 results) Presentation (9 results) (of which Invited: 1 results)

  • [Journal Article] Possible nodal superconducting gap and Lifshitz transition in heavily hole-doped Ba0.1K0.9Fe2As22013

    • Author(s)
      N. Xu, P. Richard, X. Shi, A. van Roekeghem, T. Qian, E. Razzoli, E. Rienks, G.-F. Chen, E. Ieki, K. Nakayama, T. Sato, T. Takahashi, M. Shi, and H. Ding
    • Journal Title

      Physical Review B

      Volume: 88 Pages: 220508(R)

    • DOI

      10.1103/PhysRevB.88.220508

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Electronic structure of the iron chalcogenide KFeAgTe2 revealed by angle-resolved photoemission spectroscopy2013

    • Author(s)
      R. Ang, K. Nakayama, W.-G. Yin, T. Sato, H. Lei, C. Petrovic, and T. Takahashi
    • Journal Title

      Physical Review B

      Volume: 88 Pages: 155102

    • DOI

      10.1103/PhysRevB.88.155102

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Superconductivity and bandwidth-controlled Mott metal-insulator transition in 1T-TaS2-xSex2013

    • Author(s)
      R. Ang, Y. Miyata, E. Ieki, K. Nakayama, T. Sato, Y. Liu, W. J. Lu, Y. P. Sun, and T. Takahashi
    • Journal Title

      Physical Review B

      Volume: 88 Pages: 115145

    • DOI

      10.1103/PhysRevB.88.115145

    • Peer Reviewed
  • [Presentation] FeSe薄膜の電子状態:高分解能ARPES2014

    • Author(s)
      中山耕輔、宮田康成、家城英、菅原克明、佐藤宇史、高橋隆
    • Organizer
      日本物理学会 第69回年次大会
    • Place of Presentation
      東海大学 (神奈川県平塚市)
    • Year and Date
      20140327-20140330
  • [Presentation] FeSe/SrTiO3の高分解能ARPES2014

    • Author(s)
      宮田康成、家城英、中山耕輔、菅原克明、佐藤宇史、高橋隆
    • Organizer
      日本物理学会 第69回年次大会
    • Place of Presentation
      東海大学 (神奈川県平塚市)
    • Year and Date
      20140327-20140330
  • [Presentation] High-resolution ARPES of FeSe film2014

    • Author(s)
      G. Phan, Y. Miyata, E. Ieki, K. Nakayama, T. Sato, T. Takahashi, F. Nabeshima, Y. Imai, A. Maeda
    • Organizer
      日本物理学会 第69回年次大会
    • Place of Presentation
      東海大学 (神奈川県平塚市)
    • Year and Date
      20140327-20140330
  • [Presentation] NaFeAs系超伝導体の高分解能ARPES2013

    • Author(s)
      中山耕輔、宮田康成、家城英、佐藤宇史、T. Qian、P. Richard、H. Ding、Z.-H. Liu、S.-C. Wang、高橋隆
    • Organizer
      日本物理学会 2013年秋季大会
    • Place of Presentation
      徳島大学 (徳島県徳島市)
    • Year and Date
      20130925-20130928
  • [Presentation] Seを過剰置換したFeTe1-xSexの高分解能ARPES2013

    • Author(s)
      家城英、宮田康成、中山耕輔、佐藤宇史、H. Miao、T. Qian、P. Richard、H. H. Wen、G. D. Guo、H. Ding、高橋隆
    • Organizer
      日本物理学会 2013年秋季大会
    • Place of Presentation
      徳島大学 (徳島県徳島市)
    • Year and Date
      20130925-20130928
  • [Presentation] 電子ドープ型LiFeAsの高分解能ARPES2013

    • Author(s)
      宮田康成、X.-P. Wang、家城英、中山耕輔、佐藤宇史、H. Miao、P. Richard、H. Ding、Y. Liu、Z.-H. Liu、S.-C. Wang、高橋隆
    • Organizer
      日本物理学会 2013年秋季大会
    • Place of Presentation
      徳島大学 (徳島県徳島市)
    • Year and Date
      20130925-20130928
  • [Presentation] High-resolution ARPES study of iron-based superconductors2013

    • Author(s)
      Kosuke Nakayama
    • Organizer
      ICC-IMR international workshop
    • Place of Presentation
      東北大学金属材料研究所 (宮城県仙台市)
    • Year and Date
      20130723-20130725
    • Invited
  • [Presentation] Evolution of low-energy electronic states in an iron-chalcogenide superconductor studied by high-resolution ARPES2013

    • Author(s)
      K. Nakayama, E. Ieki, Y. Tanaka, T. Sato, H. Miao, T. Qian, P. Richard, H. H. Wen, G. D. Gu, H. Ding, and T. Takahashi
    • Organizer
      Spectroscopy of Novel Superconductors 2013
    • Place of Presentation
      Lawrence Berkeley National Lab (Berkeley, USA)
    • Year and Date
      20130624-20130628
  • [Presentation] Doping evolution of electronic states in LiFeAs studied by high-resolution ARPES2013

    • Author(s)
      Y. Miyata, X.-P. Wang, E. Ieki, K. Nakayama, T. Sato, P. Richard, H. Ding, and T. Takahashi
    • Organizer
      Spectroscopy of Novel Superconductors 2013
    • Place of Presentation
      Lawrence Berkeley National Lab (Berkeley, USA)
    • Year and Date
      20130624-20130628

URL: 

Published: 2015-05-28  

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