二次元以外の異なる次元性物質から理解する鉄系超伝導

2015 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 26800175
• Research Institution: Tohoku University
• Principal Investigator: 南部 雄亮 東北大学, 金属材料研究所, 准教授 (60579803)
• Project Period (FY): 2014-04-01 – 2016-03-31
• Keywords: 鉄系超伝導 / 次元性 / 中性子散乱

Outline of Annual Research Achievements

最終年度は以下の事柄について研究を進めた。
1: AFe2X3 (A = K, Rb, Cs; X = S, Se, Te)で表される鉄系梯子型物質のうち、BaFe2S3について中性子粉末回折から常圧での磁気構造を群論的解析により求め、圧力印加により金属絶縁体転移を引き起こすことに成功した。さらに高圧印加下では世界で初めて鉄系梯子型物質で超伝導状態を誘起することに成功した。この成果は現在Nature Materialsに掲載された。
2: 鉄系梯子型母物質のうち、BaFeSe3はブロック型の磁気構造を、CsFe2Se3はストライプ型の磁気構造を取ることが分かっている。これら二つの希釈効果を調べることにより、新たな二段転移を経て新たな磁気構造を取る濃度領域が存在すること、低温まで完全に磁性を抑制することができることを発見した。この成果は現在Physical Review Bに掲載された。
3: BaFe2Se3では中性子散乱から磁気転移温度は255 Kであることがわかっている。一方、メスバウアー測定では230 K以下から10 Kまで徐々にシグナルが変化する振る舞いが観測されており、幅広い温度領域にわたった磁気秩序の形成が考えられる。そこで、これらよりも時間領域が遅いプローブであるmuSRを使って磁気転移の様子を観測したところ、およそ36 Kで磁気転移することがわかり、磁気転移が幅広い温度領域に渡ることを示した。
4: 希釈系Ba1-xCsxFe2Se3について、圧力効果を調べた。20 GPa程度まで印加しても両母物質は絶縁体のままであるが、中間濃度領域の試料において絶縁体-金属転移の誘起に成功した。特にx = 0.25の試料は中性子散乱で磁気反射が見られず、磁性が完全に抑えられているので、今後中性子非弾性散乱により磁気励起を調べていく。

Research Products

• [Int'l Joint Research] Mahidol University(タイ)
  • Country Name: THAILAND
  • Counterpart Institution: Mahidol University
• [Int'l Joint Research] Johns Hopkins University/NIST/Oak Ridge National Laboratory(米国)
  • Country Name: U.S.A.
  • Counterpart Institution: Johns Hopkins University/NIST/Oak Ridge National Laboratory
  • # of Other Institutions: 1
• [Int'l Joint Research] ANSTO(オーストラリア)
  • Country Name: AUSTRALIA
  • Counterpart Institution: ANSTO
• [Journal Article] 中性子散乱を用いた次元性の異なる物質からの鉄系超伝導へのアプローチ (2015)
  • Author(s): 南部雄亮
  • Journal Title: 波紋 Volume: 25 Pages: 141-144
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Temperature and composition phase diagram in the iron-based ladder compounds Ba1-xCsxFe2Se3 (2015)
  • Author(s): T. Hawai, Y. Nambu, K. Ohgushi, F. Du, Y. Hirata, M. Avdeev, Y. Uwatoko, Y. Sekine, H. Fukazawa, J. Ma, S. Chi, Y. Ueda, H. Yoshizawa, and T.J. Sato
  • Journal Title: Physical Review B Volume: 91 Pages: 184416/1-11
  • DOI: 10.1103/PhysRevB.91.184416
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Pressure-induced Superconductivity in the Iron-based Ladder Material BaFe2S3 (2015)
  • Author(s): H. Takahashi, A. Sugimoto, Y. Nambu, T. Yamauchi, Y. Hirata, T. Kawakami, M. Avdeev, K. Matsubayashi, F. Du, C. Kawashima, H. Soeda, S. Nakano, Y. Uwatoko, Y. Ueda, T.J. Sato, and K. Ohgushi
  • Journal Title: Nature Materials Volume: 14 Pages: 1008-1012
  • DOI: 10.1038/nmat4351
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Spin Fluctuations from Hertz to Terahertz on a Triangular Lattice (2015)
  • Author(s): Y. Nambu, J.S. Gardner, D.E. MacLaughlin, C. Stock, H. Endo, S. Jonas, T.J. Sato, S. Nakatsuj, and C. Broholm
  • Journal Title: Physical Review Letters Volume: 115 Pages: 127202/1-5
  • DOI: 10.1103/PhysRevLett.115.127202
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Science from the initial operation of HRC (2015)
  • Author(s): S. Itoh, T. Yokoo, T. Masuda, H. Yoshizawa, M. Soda, Y. Ikeda, S. Ibuka, D. Kawana, T.J. Sato, Y. Nambu, K. Kuwahara, S. Yano, J. Akimitsu, Y. Kaneko, Y. Tokura, M. Fujita, M. Hase, K. Iwasa, H. Hiraka, T. Fukuda, K. Ikeuchi, K. Yoshida, T. Yamaguchi, K. Ono, and Y. Endoh
  • Journal Title: Journal of the Physical Society of Japan Conference Proceedings Volume: 8 Pages: 034001/1-6
  • DOI: 10.7566/JPSCP.8.034001
  • Peer Reviewed
• [Presentation] Magnetism of the triangular antiferromagnet NiGa2S4 and introduction of POLANO (2016)
  • Author(s): Yusuke Nambu
  • Organizer: International Conference on Polarised Neutrons for Condensed Matter Investigations 2016
  • Place of Presentation: Bildungszentrum Kardinal-Dopfner Haus, Munich, Germany
  • Year and Date: 2016-07-06 – 2016-07-06
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] Spin fluctuations on a triangular lattice (2016)
  • Author(s): Yusuke Nambu
  • Organizer: Summit of Materials Science
  • Place of Presentation: IMR, Tohoku University
  • Year and Date: 2016-05-18 – 2016-05-18
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] 偏極中性子散乱装置POLANOにおける偏極 (2016)
  • Author(s): 南部雄亮、横尾哲也、藤田全基、伊藤晋一、猪野隆、大河原学、大山研司
  • Organizer: 2015年度量子ビームサイエンスフェスタ
  • Place of Presentation: つくば国際会議場
  • Year and Date: 2016-03-15 – 2016-03-15
• [Presentation] 三角格子反強磁性体のスピン揺らぎ (2016)
  • Author(s): 南部雄亮
  • Organizer: 第5回物性勉強会
  • Place of Presentation: 東北大学金属材料研究所
  • Year and Date: 2016-02-13 – 2016-02-13
  • Invited
• [Presentation] POLANOで展開するこれからのサイエンス (2015)
  • Author(s): 南部雄亮
  • Organizer: 東北大学金属材料研究所ワークショップ -中性子プラットフォームによる物質材料科学の進展-
  • Place of Presentation: 東北大学金属材料研究所
  • Year and Date: 2015-11-12 – 2015-11-12
  • Invited
• [Presentation] 空間次元の異なる物質を用いた鉄系超伝導の研究 (2015)
  • Author(s): 南部雄亮
  • Organizer: 東北特殊鋼交流会
  • Place of Presentation: 東北特殊鋼株式会社 (宮城県柴田郡村田町)
  • Year and Date: 2015-10-28 – 2015-10-28
  • Invited
• [Presentation] 中性子散乱を用いた三角格子反強磁性体の空間/時間磁気相関の同定 (2015)
  • Author(s): 南部雄亮
  • Organizer: 第129回金研講演会
  • Place of Presentation: 東北大学金属材料研究所
  • Year and Date: 2015-05-29 – 2015-05-29
• [Remarks] はしご型鉄系化合物BaFe2S3における圧力誘起超伝導
  • URL: http://www.nihon-u.ac.jp/wp/wp-content/uploads/2015/07/0cbcf70303190933e5de90ca559bfca6.pdf