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2016 Fiscal Year Research-status Report

異常な電子-格子相互作用のモデルフリー観測の試み

Research Project

Project/Area Number 26400322
Research InstitutionKwansei Gakuin University

Principal Investigator

水木 純一郎  関西学院大学, 理工学部, 教授 (90354977)

Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) 藤田 全基  東北大学, 金属材料研究所, 教授 (20303894)
町田 昌彦  国立研究開発法人日本原子力研究開発機構, システム計算科学センター, 研究主席 (60360434)
Project Period (FY) 2014-04-01 – 2018-03-31
Keywords酸化物高温超伝導 / 中性子非弾性散乱 / X線非弾性散乱 / 格子振動 / 電子格子相互作用 / 鉄系超伝導
Outline of Annual Research Achievements

2016年度は、J-PARCが再稼働し予定より遅く(2017年2月13日~18日)銅酸化物超伝導体の非弾性中性子散乱実験を行った。試料は、LSCO系では最高の超伝導転移温度を持つ組成の、[100]方向と[110]方向に進むCu-Oボンドストレッチ縦波光学格子振動の観測を行った。詳細な解析は進行中であるが、明らかにX線で観測した[100]方向の逆格子ベクトルQ=0.5の縦波光学格子振動からのスペクトル形状と中性子で観測したそれに違いが観測されている。これは予想していたように、このブランチの格子振動が電子との相互作用が異常に強いため、電子の動きを観るX線と原子核の動きを観る中性子で異なったスペクトル形状が観測されたと期待している。また、銅酸化物超伝導体に関して、(1)T’構造Pr1.4La0.6CuO4の磁気励起に対する還元アニールが、磁気モーメントの減少とスピン密度分布であることを明らかにした。(2)ホールドープ型銅酸化物高温超伝導体の磁気励起を高分解能で調べた結果、磁気揺らぎとフォノンの関わり方もエネルギー依存、あるいは、ホール濃度依存する可能性を示唆する結果を得た。
さらに2016年度は、同じ高温超伝導体と位置づけられている鉄系超伝導体の機構解明を目指し、FeSe系超伝導体で高圧誘起超伝導発現(SC-II相)に注目した実験を行った。方法は、X線非弾性散乱の中の鉄原子に注目した高圧下発光分光法とX線回折法で、これにより高圧下での電子状態、磁性状態、結晶構造を解析することができ、SC-II相発現機構を明らかにすることができた。本成果は、2016年8月のScientific Reportsに発表、プレス発表も行った。電子‐格子相互作用の強い系に対して理論的計算法を検討し、誘電関数の異常を示す波数及び振動数での情報を含む観測結果を酸化物高温超伝導体にて調べる必要性を提案した。

Current Status of Research Progress
Current Status of Research Progress

3: Progress in research has been slightly delayed.

Reason

J-PARC施設のトラブルのため、J-PARCが長らく運転がされなかった。また、本科研費テーマの実験を予定していた中性子非弾性散乱用分光装置の心臓部であるチョッパーのトラブルがあり、実験が予定より遅れた。

Strategy for Future Research Activity

2016年度は、LSCO系オプティマムホールドープ超伝導体の格子振動を測定することができた。超伝導発現に電子格子相互作用が関与しているかどうか、実験的に確かめるためには、LSCO系で非超伝導体を対象とした去年度観測した同じ格子振動のドーピング依存性を中性子とX線でそれぞれ観測し、そのスペクトル形状を比較する必要がある。次年度はこの実験を行い、科研費テーマの完結を目指す。

Causes of Carryover

本科研費の中心となる実験は、J-PARCでの中性子非弾性散乱であったが、施設のトラブルのため、最終年度までJ-PARCが稼働されなかった。そのため、実験が大幅に遅れ、2017年2月に初めての実験をすることができた。しかし、本来の目的を達成するためには、銅酸化物超伝導体の格子振動のドーピング依存性を観測する必要があり、次年度もJ-PARCでの実験が必要である。

Expenditure Plan for Carryover Budget

2016年度は、銅酸化物超伝導体LSCOのオプティマムドーピング試料の格子振動の観測を行った。次年度は、アンダードーピング、オーバードーピング試料の格子振動を観測するためにJ-PARCでの中性子非弾性散乱実験を行う。前期、後期、それぞれ1回(3泊4日)の実験を予定している。また、SPring-8での1回の非弾性X線散乱実験を計画する。それぞれのドーピング量を持つ純良単結晶の作製も行う。

  • Research Products

    (8 results)

All 2017 2016

All Journal Article (3 results) (of which Int'l Joint Research: 2 results,  Peer Reviewed: 3 results,  Acknowledgement Compliant: 2 results,  Open Access: 1 results) Presentation (4 results) (of which Int'l Joint Research: 2 results,  Invited: 1 results) Book (1 results)

  • [Journal Article] Origin of pressure-induced superconducting phase in KxFe2-ySe2 studied by synchrotron x-ray diffraction and spectroscopy2016

    • Author(s)
      Y. Yamamoto, H. Yamaoka, M. Tanaka, H. Okazaki, T. Ozaki, Y. Takano, J.-F. Lin, H. Fujita, T. Kagayama, K. Shimizu, N. Hiraoka, H. Ishii, Y.-F. Liao, K.-D. Tsuei, J. Mizuki
    • Journal Title

      Scientific Reports

      Volume: 6 Pages: 30946-30952

    • DOI

      10.1038/srep30946

    • Peer Reviewed / Int'l Joint Research / Acknowledgement Compliant
  • [Journal Article] Pressure-induced phase transition in LaCo5 studied by x-ray emission spectroscopy, x-ray diffraction and density functional theory2016

    • Author(s)
      H. Yamaoka, Y. Yamamoto, E. F. Schwier, N. Tsujii, M. Yoshida, Y. Ohta, H. Sakurai, J.-F. Lin, N. Hiraoka, H. Ishii, K.-D. Tsuei, M. Arita, K. Shimada, J. Mizuki
    • Journal Title

      Phys. Rev. B

      Volume: 94 Pages: 165156(1-5)

    • DOI

      10.1103/PhysRevB.94.165156

    • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research / Acknowledgement Compliant
  • [Journal Article] 中性子散乱による原子・分子のダイナミクスの観測 VI-3-2 銅酸化物高温超伝導体のスピンダイナミクス~エネルギー階層的磁気励起構造の理解を目指して~2016

    • Author(s)
      藤田 全基,佐藤 研太朗
    • Journal Title

      RADIOISOTOPES

      Volume: 65 Pages: 469-479

    • DOI

      10.3769/radioisotopes.65.469

    • Peer Reviewed
  • [Presentation] 鉄系超伝導体(NH3)yCs0.4FeSeの低温高圧下のXRD測定2017

    • Author(s)
      山本義哉,山岡人志,庄内星加,Lu Zheng,久保園芳博,平尾直久,今田沙織,大石泰生,水木純一郎
    • Organizer
      日本物理学会第72回年次大会
    • Place of Presentation
      大阪大学(大阪府豊中市)
    • Year and Date
      2017-03-17 – 2017-03-20
  • [Presentation] Inelastic X-ray scattering applied to materials science2016

    • Author(s)
      Jun'ichiro MIZUKI
    • Organizer
      International Workshop on Advanced Materials and Nanotechnology 2016
    • Place of Presentation
      ハノイ(ベトナム)
    • Year and Date
      2016-11-03 – 2016-11-05
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] X線発光分光法による鉄系超伝導体(NH3)yCs0.4FeSeの低温圧力下の電子状態の測定2016

    • Author(s)
      山本義哉,山岡人志,吉田雅洋,田中利歩,庄内星加,黒澤源太,Lu Zhen,久保園芳博,Jung-Fu Lin,平岡 望,石井啓文, Ku-Ding Tsuei,水木純一郎
    • Organizer
      日本物理学会2016年秋季大会
    • Place of Presentation
      金沢大学(石川県金沢市)
    • Year and Date
      2016-09-13 – 2016-09-16
  • [Presentation] Electron-doping effect on the spin excitation spectrum in Pr1.4-xLa0.2016

    • Author(s)
      Shuyn Asano, Kenji. Tsutsumi, Kentaro Sato, Masaki Fujita
    • Organizer
      International Conference on Strongly Correlated Electron Systems
    • Place of Presentation
      Hangzhou(中国)
    • Year and Date
      2016-05-08 – 2016-05-13
    • Int'l Joint Research
  • [Book] 超伝導磁束状態の物理2017

    • Author(s)
      町田昌彦(門脇和男編)
    • Total Pages
      692
    • Publisher
      裳華房

URL: 

Published: 2018-01-16  

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