コドーピングによる高臨界温度鉄系超伝導体の創成と超伝導増強因子の解明

2014 Fiscal Year Research-status Report

• Project/Area Number: 25400372
• Research Institution: Okayama University
• Principal Investigator: 工藤 一貴 岡山大学, 自然科学研究科, 准教授 (40361175)
• Project Period (FY): 2013-04-01 – 2016-03-31
• Keywords: 鉄系超伝導体 / 新物質開発 / 高温超伝導

Outline of Annual Research Achievements

鉄系122型Ca1-xRExFe2As2 (RE = La, Ce, Pr, Nd)では、RE = Laの場合に臨界温度Tc = 43 Kの超伝導が発現するが、超伝導体積分率は極めて小さく数%程度であった。研究代表者は、この化合物に対して少量のPをドープ（LaとPのコドープ）すると超伝導体積分率が著しく上昇し、超伝導がバルク化することを見出した。観測されたTcは、鉄系122型の最高のTcであったBa1-xKxFe2As2の38 Kを遥かに越える。
平成26年度は、上記化合物の構造解析を行い、LaとPのコドープにより超伝導がバルク化する構造的な要因を調べた。その結果、Ca1-xLaxFe2(As1-yPy)2の構造が、低温において高温正方晶から格子コラプス相（低温正方相）へクロスオーバー的に変化することを見出した。一般に、122型で見られる格子コラプス転移は一次相転移であり、転移と共に超伝導が消失することが知られていた。これは、格子コラプス転移に伴ってc軸長が10%程度減少し、フェルミ面が３次元的になるためと考えられている。一方、本研究では、そのような相にクロスオーバー的に移行すると、逆に高いTcを示すことが明らかになった。この結果は、高温正方晶と格子コラプス相の間の構造揺らぎが、この化合物の超伝導発現に重要な役割を果たしていることを示唆する。さらに、格子コラプス転移の駆動力がFeAs面間のAs3-による(As2)4-分子の形成であることを考慮すると、この系の構造揺らぎは自然に電荷揺らぎを導く。そのような高エネルギーの揺らぎが高いTcの超伝導を媒介しても良いと考えられる。
平成26年度は、さらに、コドープが他の系（鉄系112型）のTc上昇に対しても有効であることを示した。今後、様々な化学種のコドーピング効果を調べ、普遍性を検証する予定である。

Current Status of Research Progress

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

Reason

平成26年度の研究計画は、高いTcを生じる構造的な要因を明らかにすることであった。研究実績の概要に記載した通り、当初の計画通りに進んでいる。平成26年度は、さらに、コドープによってTcが上昇する他の系を見出した。これは、平成27年度の研究計画に含まれる。したがって、本計画は当初の計画以上に進展していると判断できる。

Strategy for Future Research Activity

(1) コドープして得られた高Tc超伝導体の超伝導物性を評価する。

(2) 鉄系122型CaFe2As2以外の化合物へコドープの研究を展開させる。平成26年度新たにコドープの有効性が示された鉄系112型超伝導体において、Tcの向上とその要因の調査に取り組む。さらに、コドープが有効に機能する他の超伝導体を探索する。

Research Products

• [Journal Article] Unscaling Superconducting Parameters with Tc for Bi-2212 and Bi-2223: A Magnetotransport Study in the Superconductive Fluctuation Regime (2015)
  • Author(s): S. Adachi, T. Usui, Y. Ito, H. Kudo, H. Kushibiki, K. Murata, T. Watanabe, K. Kudo, T. Nishizaki, N. Kobayashi, S. Kimura, M. Fujita, K. Yamada, T. Noji, Y. Koike, and T. Fujii
  • Journal Title: Journal of the Physical Society of Japan Volume: 84 Pages: 024706 (1-6)
  • DOI: 10.7566/JPSJ.84.024706
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Real Space Imaging of Spin Polarons in Zn-Doped SrCu2(BO3)2 (2015)
  • Author(s): M. Yoshida, H. Kobayashi, I. Yamauchi, M. Takigawa, S. Capponi, D. Poilblanc, F. Mila, K. Kudo, Y. Koike, and N. Kobayashi
  • Journal Title: Physical Review Letters Volume: 114 Pages: 056402 (1-5)
  • DOI: 10.1103/PhysRevLett.114.056402
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Coexistence of multiple charge-density waves and superconductivity in SrPt2As2 revealed by 75As-NMR/NQR and 195Pt-NMR (2015)
  • Author(s): S. Kawasaki, Y. Tani, T. Mabuchi, K. Kudo, Y. Nishikubo, D. Mitsuoka, M. Nohara, and G.-q. Zheng
  • Journal Title: Physical Review B Volume: 91 Pages: 060510(R) (1-5)
  • DOI: 10.1103/PhysRevB.91.060510
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Spin-singlet superconductivity with a full gap in locally noncentrosymmetric SrPtAs (2014)
  • Author(s): K. Matano, K. Arima, S. Maeda, Y. Nishikubo, K. Kudo, M. Nohara, and G.-q. Zheng
  • Journal Title: Physical Review B Volume: 89 Pages: 140504(R) (1-4)
  • DOI: 10.1103/PhysRevB.89.140504
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Thermal Conductivity due to Spinons in the One-Dimensional Quantum Spin System Sr2V3O9 (2014)
  • Author(s): T. Kawamata, M. Uesaka, M. Sato, K. Naruse, K. Kudo, N. Kobayashi, and Y. Koike
  • Journal Title: Journal of the Physical Society of Japan Volume: 83 Pages: 054601 (1-5)
  • DOI: 10.7566/JPSJ.83.054601
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Pudding-Mold-Type Band as an Origin of the Large Seebeck Coefficient Coexisting with Metallic Conductivity in Carrier-Doped FeAs2 and PtSe2 (2014)
  • Author(s): H. Usui, K. Kuroki, S. Nakano, K. Kudo, and M. Nohara
  • Journal Title: Journal of Electronic Materials Volume: 43 Pages: 1656-1661
  • DOI: 10.1007/s11664-013-2823-5
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Doping Dependencies of Onset Temperatures for the Pseudogap and Superconductive Fluctuation in Bi2Sr2CaCu2O8+d, Studied from Both In-Plane and Out-of-Plane Magnetoresistance Measurements (2014)
  • Author(s): T. Usui, D. Fujiwara, S. Adachi, H. Kudo, K. Murata, H. Kushibiki, T. Watanabe, K. Kudo, T. Nishizaki, N. Kobayashi, S. Kimura, K. Yamada, T. Naito, T. Noji, and Y. Koike
  • Journal Title: Journal of the Physical Society of Japan Volume: 83 Pages: 064713 (1-7)
  • DOI: 10.7566/JPSJ.83.064713
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Angle-Resolved Photoemission Study on Multi-Band Electronic Structure of IrTe2 (2014)
  • Author(s): D. Ootsuki, S. Pyon, K. Kudo, M. Nohara, M. Horio, T. Yoshida, A. Fujimori, M. Arita, H. Anzai, H. Namatame, M. Taniguchi, N. L. Saini, and T. Mizokawa
  • Journal Title: JPS Conference Proceedings Volume: 3 Pages: 016015 (1-5)
  • DOI: 10.7566/JPSCP.3.016015
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Coexistence of Bloch electrons and glassy electrons in Ca10(Ir4As8)(Fe2-xIrxAs2)5 revealed by angle-resolved photoemission spectroscopy (2014)
  • Author(s): K. Sawada, D. Ootsuki, K. Kudo, D. Mitsuoka, M. Nohara, T. Noda, K. Horiba, M. Kobayashi, K. Ono, H. Kumigashira, N. L. Saini, and T. Mizokawa
  • Journal Title: Physical Review B Volume: 89 Pages: 220508(R) (1-4)
  • DOI: 10.1103/PhysRevB.89.220508
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Bond order and the role of ligand states in stripe-modulated IrTe2 (2014)
  • Author(s): K. Takubo, R. Comin, D. Ootsuki, T. Mizokawa, H. Wadati, Y. Takahashi, G. Shibata, A. Fujimori, R. Sutarto, F. He, S. Pyon, K. Kudo, M. Nohara, G. Levy, I. S. Elfimov, G. A. Sawatzky, and A. Damascelli
  • Journal Title: Physical Review B Volume: 90 Pages: 081104(R) (1-5)
  • DOI: 10.1103/PhysRevB.90.081104
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Superconducting Transition Temperatures of up to 47 K from Simultaneous Rare-Earth Element and Antimony Doping of 112-Type CaFeAs2 (2014)
  • Author(s): K. Kudo, Y. Kitahama, K. Fujimura, T. Mizukami, H. Ota, and M. Nohara
  • Journal Title: Journal of the Physical Society of Japan Volume: 83 Pages: 093705 (1-4)
  • DOI: 10.7566/JPSJ.83.093705
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Superconductivity in Noncentrosymmetric Iridium Silicide Li2IrSi3 (2014)
  • Author(s): S. Pyon, K. Kudo, J. Matsumura, H. Ishii, G. Matsuo, M. Nohara, H. Hojo, K. Oka, M. Azuma, V. O. Garlea, K. Kodama, and S. Shamoto
  • Journal Title: Journal of the Physical Society of Japan Volume: 83 Pages: 093706 (1-5)
  • DOI: 10.7566/JPSJ.83.093706
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Temperature dependent nanoscale atomic correlations in Ir1-xPtxTe2 (x = 0.0, 0.03 and 0.04) system (2014)
  • Author(s): B. Joseph, E. Paris, D. F. Mulato-Gomez, L. Simonelli, M. Bendele, L. Maugeri, A. Iadecola, S. Pyon, K. Kudo, M. Nohara, J. Mustre de Leon, T. Mizokawa, and N. L. Saini
  • Journal Title: Journal of Physics: Condensed Matter Volume: 26 Pages: 375702 (1-6)
  • DOI: 10.1088/0953-8984/26/37/375702
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Determination of temperature-dependent atomic displacements in the Ca10Ir4As8(Fe2As2)5 superconductor with a metallic spacer layer (2014)
  • Author(s): E. Paris, B. Joseph, A. Iadecola, C. Marini, K. Kudo, D. Mitsuoka, M. Nohara, T. Mizokawa, and N. L. Saini
  • Journal Title: Physical Review B Volume: 90 Pages: 094508 (1-6)
  • DOI: 10.1103/PhysRevB.90.094508
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Synchrotron X-ray Diffraction Study of Structural Phase Transition in Ca10(Ir4As8)(Fe2-xIrxAs2)5 (2014)
  • Author(s): N. Katayama, K. Sugawara, Y. Sugiyama, T. Higuchi, K. Kudo, D. Mitsuoka, T. Mizokawa, M. Nohara, and H. Sawa
  • Journal Title: Journal of the Physical Society of Japan Volume: 83 Pages: 113707 (1-5)
  • DOI: 10.7566/JPSJ.83.113707
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Effect of Pt substitution on the electronic structure of AuTe2 (2014)
  • Author(s): D. Ootsuki, K. Takubo, K. Kudo, H. Ishii, M. Nohara, N. L. Saini, R. Sutarto, F. He, T. Z. Regier, M. Zonno, M. Schneider, G. Levy, G. A. Sawatzky, A. Damascelli, and T. Mizokawa
  • Journal Title: Physical Review B Volume: 90 Pages: 144515 (1-5)
  • DOI: 10.1103/PhysRevB.90.144515
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Simultaneous suppression of superconductivity and structural phase transition under pressure in Ca10(Ir4As8)(Fe2-xIrxAs2)5 (2014)
  • Author(s): S. Kitagawa, S. Araki, T. C. Kobayashi, H. Ishii, K. Fujimura, D. Mitsuoka, K. Kudo, and M. Nohara
  • Journal Title: Physical Review B Volume: 90 Pages: 224513 (1-5)
  • DOI: 10.1103/PhysRevB.90.224513
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Presentation] 112型Ca1-xRExFeAs2の超伝導と化学置換効果 (2015)
  • Author(s): 工藤一貴，水上輔，北濱裕，藤村一徳，野原実
  • Organizer: 日本物理学会第70回年次大会
  • Place of Presentation: 早稲田大学（東京）
  • Year and Date: 2015-03-21 – 2015-03-24
• [Presentation] Superconductivity induced by dimer breaking of calaverite AuTe2 (2014)
  • Author(s): K. Kudo, H. Ishii, and M. Nohara
  • Organizer: Ushimado International Workshop on Physics and Chemistry of Novel Superconductors and Related Materials
  • Place of Presentation: Okayama, Japan
  • Year and Date: 2014-11-08 – 2014-11-10
• [Presentation] Superconductivity at 47 K in 112-type CaFeAs2 with simultaneous rare-earth element and antimony doping (2014)
  • Author(s): K. Kudo, Y. Kitahama, K. Fujimura, T. Mizukami, H. Ota, and M. Nohara
  • Organizer: Ushimado International Workshop on Physics and Chemistry of Novel Superconductors and Related Materials
  • Place of Presentation: Okayama, Japan
  • Year and Date: 2014-11-08 – 2014-11-10
• [Presentation] Superconductivity in Ca10(Ir4As8)(Fe2As2)5 with a metallic spacer layer (2014)
  • Author(s): K. Kudo, D. Mitsuoka, and M. Nohara
  • Organizer: Ushimado International Workshop on Physics and Chemistry of Novel Superconductors and Related Materials
  • Place of Presentation: Okayama, Japan
  • Year and Date: 2014-11-08 – 2014-11-10
• [Presentation] Sbドープ112型Ca1-xRExFeAs2の超伝導-負の化学圧力印加によるTc = 47 Kのバルク超伝導発現 (2014)
  • Author(s): 工藤一貴，北濱裕，藤村一徳，水上輔，太田弘道，野原実
  • Organizer: 京都大学基礎物理学研究所研究会「多自由度電子状態と電子相関が生み出す新奇超伝導の物理」
  • Place of Presentation: 京都大学（京都）
  • Year and Date: 2014-10-21 – 2014-10-22
• [Presentation] Transition from interfacial to bulk superconductivity in rare-earth doped CaFe2As2 (2014)
  • Author(s): K. Kudo, K. Iba, and M. Nohara
  • Organizer: The International Conference on Strongly Correlated Electron Systems (SCES2014)
  • Place of Presentation: Grenoble, France
  • Year and Date: 2014-07-07 – 2014-07-11
• [Presentation] Square-Planar Coordination of Iridium (II): Metallic Spacer Layers of Superconducting Ca10(Ir4As8)(Fe2As2)2 (2014)
  • Author(s): K. Kudo, D. Mitsuoka, and M. Nohara
  • Organizer: 2014 MRS Spring Meeting
  • Place of Presentation: San Francisco, USA
  • Year and Date: 2014-04-21 – 2014-04-25
• [Remarks] カナダのリサーチ会社 Advances in Engineering 社が注目
  • URL: http://www.okayama-u.ac.jp/tp/news/news_id3444.html