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2014 Fiscal Year Research-status Report

電子強誘電体鉄酸化物は超伝導体となりうるか

Research Project

Project/Area Number 25620071
Research InstitutionJapan Atomic Energy Agency

Principal Investigator

吉井 賢資  独立行政法人日本原子力研究開発機構, 原子力科学研究部門 量子ビーム応用研究センター, 研究主幹 (90354985)

Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) 米田 安宏  独立行政法人日本原子力研究開発機構, 原子力科学研究部門 量子ビーム応用研究センター, 研究主幹 (30343924)
松村 大樹  独立行政法人日本原子力研究開発機構, 原子力科学研究部門 量子ビーム応用研究センター, 研究副主幹 (30425566)
小林 達生  岡山大学, 自然科学研究科, 教授 (80205468)
福田 竜生  独立行政法人日本原子力研究開発機構, 原子力科学研究部門 量子ビーム応用研究センター, 研究副主幹 (80354984)
齋藤 寛之  独立行政法人日本原子力研究開発機構, 原子力科学研究部門 量子ビーム応用研究センター, 研究副主幹 (20373243)
Project Period (FY) 2013-04-01 – 2016-03-31
Keywords電子強誘電体 / 超伝導 / 三角格子 / Resonating Valence Bond / 量子揺らぎ
Outline of Annual Research Achievements

代表者らが発見した電子強誘電体RFe2O4(R:Ho-Lu)において、超伝導相の発見を目的として研究を継続した。目的を達成するための一つの試みとして、鉄3d電子間の相互作用を増強するため、高圧下での電気抵抗測定を行った。キュービックタイプアンビルセルを用いた高圧プレスにより、最大数GPa程度の高圧下で電気抵抗を測定できる装置を作成した。これを用い、フローティング法により作成した良質YFe2O4単結晶の電気抵抗を、温度と圧力を変えながら測定した。1.5 GPa程度の圧力に置いて、330K付近での鉄電荷秩序状態の崩壊が起こっていることを示唆する挙動が観測された。すなわち、高圧印加により、三角格子面内の鉄イオン間の距離が縮まったため、鉄3d電子が移動しやすくなったと解釈されるデータが得られた。しかし、4 GPa程度の圧力までの領域では、試料は半導体的性質を保ち、超伝導を示唆する現象は見いだせなかった。また、超伝導に有利となる量子揺らぎを強める目的で、鉄イオンより小さいスピンをもつコバルトなどの元素の置換を試みる実験を継続したが、単相試料は得られていない。
超伝導相の発見という目的からは多少外れるが、Rサイトを大きな希土類Dy3+などで置換すると、磁気転移温度が250Kから5-10K上昇することを見出した。本結果を含む論文は、phys.stat.sol(c)に印刷中である。この結果は、Rサイト置換で電子間相互作用が増強できる可能性を示しており、現在研究を継続している。

Current Status of Research Progress
Current Status of Research Progress

3: Progress in research has been slightly delayed.

Reason

超伝導相を見出すための高圧下電気抵抗測定を行えたことは評価できると考えられる。また、応用的に重要な観点である、磁気転移温度を上昇させる手段が示唆されたことは、派生的ではあるが興味深い結果である。しかし現在まで超伝導の兆候を見いだせていないことから、この評価となった。

Strategy for Future Research Activity

RFe2O4の物性は酸素量に敏感であることが知られている。今後、この系につき、意図的に酸素量を変えて電気抵抗率を下げた試料に対して高圧下電気抵抗測定を行い、金属相の出現など、超伝導に繋がる現象が見られるか否かを観測する。

Causes of Carryover

超伝導が発見された場合に考えていた、放射光による電子状態や結晶構造の観測の実験が実施できていないため、そのための経費は執行できなかった。

Expenditure Plan for Carryover Budget

超伝導を発見するための、鉄サイト置換や高圧電気抵抗測定等の物性探索実験に用いる。

  • Research Products

    (12 results)

All 2015 2014

All Journal Article (3 results) (of which Peer Reviewed: 3 results) Presentation (9 results) (of which Invited: 2 results)

  • [Journal Article] Elemental substitution effects in multiferroic RFe2O4 (R: rare earths)2015

    • Author(s)
      Kenji Yoshii, Takashi Funae, Masaichiro Mizumaki, Hiroki Ejiri, Naoshi Ikeda, Hiroyuki Saitoh, Daiju Matsumura
    • Journal Title

      Phys.Stat.Sol.(c)

      Volume: 印刷中 Pages: 印刷中

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Electronic structure of BaFeO3 studied by X‐ray spectroscopy2015

    • Author(s)
      Masaichiro Mizumaki, Hitoshi Fujii, Kenji Yoshii, Naoaki Hayashi, Takashi Saito, Yuichi Shimakawa, Takayuki Uozumi, Mikio Takano
    • Journal Title

      Phys.Stat.Sol.(c)

      Volume: 印刷中 Pages: 印刷中

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Current-Induced Enhancement of Magnetic Anisotropy in Spin-Charge-Coupled Multiferroic YbFe2O42014

    • Author(s)
      Kenji Yoshii, Daiju Matsumura, Hiroyuki Saitoh, Takashi Kambe, Mamoru Fukunaga, Yuji Muraoka, Naoshi Ikeda, Shigeo Mori
    • Journal Title

      J. Phys. Soc. Jpn.

      Volume: 83 Pages: 063708(1-4)

    • Peer Reviewed
  • [Presentation] パイロクロア型ニオブ酸化物におけるNb四面体の電荷クラスター状態の探索2015

    • Author(s)
      鳥越秀平,青石優平,村川寛,松村大樹,吉井賢資,米田安宏,樹神克明,池田一貴,大友季哉, 富安啓輔,中尾裕則,野上由夫,花咲徳亮
    • Organizer
      日本物理学会第70回年会
    • Place of Presentation
      早稲田大学 (東京都 新宿区)
    • Year and Date
      2015-03-23 – 2015-03-23
  • [Presentation] Sr置換したBaFeO3の磁気熱量効果2015

    • Author(s)
      吉井賢資,水牧仁一朗,林直顕,高野幹夫
    • Organizer
      日本物理学会第70回年次大会
    • Place of Presentation
      早稲田大学 (東京都 新宿区)
    • Year and Date
      2015-03-21 – 2015-03-21
  • [Presentation] 新規強磁性体BaFeO3の磁気的性質と放射光分光測定2014

    • Author(s)
      吉井賢資,水牧仁一朗,林直顕, 松村大樹, 高野幹夫
    • Organizer
      第55回真空に関する連合講演会
    • Place of Presentation
      大阪府立大学I-siteなんば(大阪市 浪速区)
    • Year and Date
      2014-11-18 – 2014-11-18
  • [Presentation] X-ray absorption study of perovskite cobaltite Pr1-xSrxCoO32014

    • Author(s)
      K. Yoshii, D. Matsumura, T. Fukuda
    • Organizer
      The 7th International Symposium of Surface Science (ISSS-7)
    • Place of Presentation
      くにびきメッセ(島根県 松江市)
    • Year and Date
      2014-11-03 – 2014-11-03
  • [Presentation] Magnetic properties and magnetocaloric effect of field-induced ferromagnet BaFeO32014

    • Author(s)
      K. Yoshii
    • Organizer
      3rd International Conference and Exhibition on Materials Science & Engineering
    • Place of Presentation
      San Antonio, USA
    • Year and Date
      2014-10-06 – 2014-10-06
    • Invited
  • [Presentation] Elemental substitution effects in multiferroic RFe2O4 (R: rare earths)”2014

    • Author(s)
      K. Yoshii, M. Mizumaki, T. Funae, H. Ejiri, N. Ikeda and D. Matsumura
    • Organizer
      19th International Conference on Ternary and Multinary Compounds (ICTMC-19)
    • Place of Presentation
      朱鷺メッセ(新潟市 中央区)
    • Year and Date
      2014-09-03 – 2014-09-03
  • [Presentation] Electronic structure of BaFeO3 studied by X-ray spectroscopy2014

    • Author(s)
      M. Mizumaki, K. Yoshii, N. Hayashi, T. Saito, Y. Shimakawa, T. Uozumi and M. Takano
    • Organizer
      19th International Conference on Ternary and Multinary Compounds (ICTMC-19)
    • Place of Presentation
      朱鷺メッセ(新潟市 中央区)
    • Year and Date
      2014-09-02 – 2014-09-02
  • [Presentation] Magnetic properties and magnetocaloric effect of field-induced ferromagnet BaFeO32014

    • Author(s)
      K. Yoshii, N. Hayashi, M. Mizumaki, D. Matsumura, M. Takano
    • Organizer
      EMN Summer Meeting (Energy Materials Nanotechnology)
    • Place of Presentation
      Cancun, Mexico
    • Year and Date
      2014-06-09 – 2014-06-09
    • Invited
  • [Presentation] 放射光を利用した表面分析相談2014

    • Author(s)
      吉井賢資、寺岡有殿
    • Organizer
      第56回 表面科学基礎講座「表面・界面分析の基礎と応用」
    • Place of Presentation
      大阪大学 コンベンションセンター(大阪府吹田市)
    • Year and Date
      2014-06-04 – 2014-06-04

URL: 

Published: 2016-05-27  

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