低エネルギー超高分解能光電子分光装置の建設と高温超伝導体の微細電子構造の研究

• 研究課題/領域番号: 07J04554
• 研究種目: 特別研究員奨励費
• 配分区分: 補助金
• 応募区分: 国内
• 研究分野: 生物物理・化学物理
• 研究機関: 東北大学
• 研究代表者: 中山 耕輔 東北大学, 大学院・理学研究科, 特別研究員(DC1)
• 研究期間 (年度): 2007 – 2009
• 研究課題ステータス: 完了 (2009年度)
• 配分額: 2,700千円 (直接経費: 2,700千円); 2009年度: 900千円 (直接経費: 900千円); 2008年度: 900千円 (直接経費: 900千円); 2007年度: 900千円 (直接経費: 900千円)
• キーワード: 角度分解光電子分光 / 高温超伝導 / フェルミ面 / 銅酸化物高温超伝導体 / 超伝導

研究概要

これまで建設・改良を進めてきた超高分解能光電子分光装置を用いて、銅酸化物および鉄系高温超伝導体の電子状態の研究を行った。銅酸化物高温超伝導体Bi_2Sr_2CuO_6の超伝導・擬ギャップの温度・波数依存性を高精度で決定し、超伝導ギャップから擬ギャップへの変化が、超伝導転移温度をまたいで連続的に起こることを見出した。また、擬ギャップの消失する温度は波数によらず超伝導ギャップサイズに比例することを明らかにした。これらの結果は、長年の未解決問題であった擬ギャップの起源が、超伝導の前駆現象に関係することを示している。超伝導機構が未解明である電子型鉄系超伝導体BaFe_<2-x>Co_xAs_2のフェルミ面および超伝導ギャップを世界で初めて直接観測することに成功し、超伝導対称性がs波であること、および反強磁性ベクトルで繋がれるフェルミ面上で超伝導ギャップサイズが増大していることを見出した。これらの結果は、高温超伝導が反強磁性揺らぎによって生じていることを示している。また、ホール型Ba_<1-x>K_xFe_2As_2の結果と比較を行うことで、電子型とホール型の両者で超伝導機構が共通である「電子-ホール対称性」が成り立っていることを実験的に示した。さらに、結晶構造の異なるFeTe_<1-x>Se_x超伝導体のフェルミ面と超伝導ギャップを高分解能ARPESによって決定することに初めて成功し、反強磁性揺らぎにもとづく超伝導機構が鉄系高温超伝導体において普遍的に実現していることを示唆した。

研究成果

• [雑誌論文] Xenon-plasma-light ultrahigh-resolution ARPES study of low-energy single-particle excitation gap in (Bi, Pb)_2Sr_2CuO_6 (2010)
  • 著者名/発表者名: K.Nakayama, et al.
  • 雑誌名: Physica C (未定)(印刷中)
  • 査読あり
• [雑誌論文] Observation of Dirac Cone Electronic Dispersion in BaFe_2As_2 (2010)
  • 著者名/発表者名: P.Richard, et al.
  • 雑誌名: Physical Review Letters (未定)(印刷中)
  • 査読あり
• [雑誌論文] Pseudogap of charge-density-wave compound SmNiC_2 studied by high-resolution photoemission spectroscopy (2010)
  • 著者名/発表者名: T.Sato, et al.
  • 雑誌名: Journal of the Physical Society of Japan (未定)(印刷中)
  • 査読あり
• [雑誌論文] Angle-resolved photomeission study of heavily electron-doped BaFe_<2-x>Co_xAs_2 (2010)
  • 著者名/発表者名: Y.Sekiba, et al.
  • 雑誌名: Physica C (未定)(印刷中)
  • 査読あり
• [雑誌論文] High-resolution ARPES study of electron-doped Fe-based superdonductor BaFe_<1.85>Co_<0.15>As_2 (2010)
  • 著者名/発表者名: T.Kawahara, et al.
  • 雑誌名: Physica C (未定)(印刷中)
  • 査読あり
• [雑誌論文] Evolution of a Pairing-Induced Pseudogap from the Superconducting Gap of (Bi, Pb)_2Sr_2CuO_6 (2009)
  • 著者名/発表者名: K.Nakayama, et al.
  • 雑誌名: Physical Review Letters 102
  • 査読あり
• [雑誌論文] Doping dependence of the gap anisotropy of the high-temperature YBa_2Cu_3O_7, superconductor (2009)
  • 著者名/発表者名: K.Nakayama, et al.
  • 雑誌名: Physical Revies B Rapid Communication 79
  • 査読あり
• [雑誌論文] Band Structure and Fermi Surface of an Extremely Overdoped Iron-Based Superconductor KFe_2As_2 (2009)
  • 著者名/発表者名: T.Sato, et al.
  • 雑誌名: Physical Review Letters 103
  • 査読あり
• [雑誌論文] Fermi surface nesting induced strong pairing in iron-based superconductors (2009)
  • 著者名/発表者名: K.Terashima, et al.
  • 雑誌名: Proceedings of the National Academy of Sciences 106 ページ: 7330-7333
  • 査読あり
• [雑誌論文] High-resolution photoemission study of NaV_2O_4 (2009)
  • 著者名/発表者名: T. Qian, et al.
  • 雑誌名: Journal of the Physical Society of Japan 78
  • 査読あり
• [雑誌論文] Electronic structure of heavily electron-doped BaFe_<1. 7>Co_<0. 3>As_2 studied by angle-resolved photoemission (2009)
  • 著者名/発表者名: Y. Sekiba, et al.
  • 雑誌名: New Journal of Physics 11
  • 査読あり
• [雑誌論文] Superconducting gap symmetry of Ba_<0. 6>K_<0. 4>Fe_2As_2 studied by angle-resolved photoemission spectroscopy (2009)
  • 著者名/発表者名: K. Nakayama, et al.
  • 雑誌名: Europhysics Letters 85
  • 査読あり
• [雑誌論文] Doping dependence of superconducting-gap anisotropy in YBa_2Cu_3O_<7-δ> (2009)
  • 著者名/発表者名: K. Nakayama, et al.
  • 雑誌名: Physical Review B Rapid Communication (印刷中)
  • 査読あり
• [雑誌論文] Fermi surface nesting induced strong pairing in iron-based superconductors (2009)
  • 著者名/発表者名: K. Terashima, et al.
  • 雑誌名: Proceedings of the National Academy of Sciences (印刷中)
  • 査読あり
• [雑誌論文] Doping induced evolution of Fermi surface in low carrier superconductor Tl-doped PbTe (2008)
  • 著者名/発表者名: K. Nakayama, et al.
  • 雑誌名: Physical Review Letters 100
  • 査読あり
• [雑誌論文] Superconducting gap and pseudogap in iron-based layered superconductor La(O_<1-x>F_x)FeAs (2008)
  • 著者名/発表者名: T. Sato, et al.
  • 雑誌名: Journal of the Physical Society of Japan 77
  • 査読あり
• [雑誌論文] Fermi arc in the superconducting state of impurity-doped Bi_2Sr_2CaCu_2O_8 (2008)
  • 著者名/発表者名: T. Sato, et al.
  • 雑誌名: Physical Review B 78
  • 査読あり
• [雑誌論文] Coexistence of Competing Orders with Two Energy Gaps in Real and Momentum Space in the High Temperature Superconductor Bi_2Sr_<2-x>La_xCuO_<6+δ> (2008)
  • 著者名/発表者名: J. -H. Ma, et al.
  • 雑誌名: Physical Review Letters 101
  • 査読あり
• [雑誌論文] Observation of Fermi-surface-dependent nodeless superconducting gaps in Ba_<0. 6>K_<0. 4>Fe_2As_2 (2008)
  • 著者名/発表者名: H. Ding, et al.
  • 雑誌名: Europhysics Letters 83
  • 査読あり
• [雑誌論文] Angle-resolved photoemission spectroscopy of the Fe-based Ba_<0. 6>K_<0. 4>Fe_2As_2 high temperature superconductor : evidence for an orbital selective electron-mode coupling (2008)
  • 著者名/発表者名: P. Richard, et al.
  • 雑誌名: Physical Review Letters 102
  • 査読あり
• [雑誌論文] Doping Dependence of Pseudogap in LaFeAsO_<1-x>F_x (2008)
  • 著者名/発表者名: T. Sato, et al.
  • 雑誌名: Journal of the Physical Society of Japan 77, Suppl. C ページ: 65-68
  • 査読あり
• [雑誌論文] Effect of Zn impurities on the electronic structure of La_<1.85>Sr_<0.15>C_uO_4 studied by high-resolution angle-resolved photoemission spectroscopy (2008)
  • 著者名/発表者名: K. Terashima, et. al.
  • 雑誌名: Physical Review B 77
  • 査読あり
• [雑誌論文] High-resolution angle-resolved photoemission study of bulk electronic states in YBa_2Cu_3O_<7-δ> (2008)
  • 著者名/発表者名: K. Nakayama, et. al.
  • 雑誌名: Journal of Physics and Chemistry of Solids (In press)
  • 査読あり
• [雑誌論文] Origin of shadow bands in single-layered Bi_2Sr_2CuO_<6+δ> studied by high-resolution angle-resolved photoemission spectroscopy (2007)
  • 著者名/発表者名: K. Nakayama, et. al.
  • 雑誌名: Physica C 460-462 ページ: 931-933
  • 査読あり
• [雑誌論文] Xenon-plasma-light low-energy ultrahigh-resolution photoemission study of Co(S_<1-x>Se_x)_2(x=0.075) (2007)
  • 著者名/発表者名: T. Sato, et. al.
  • 雑誌名: Physical Review B 76
  • 査読あり
• [雑誌論文] Universality of low-energy mass renormalization in the superconducting state of hole-doped high-T_c superconductors (2007)
  • 著者名/発表者名: T. Sato, et. al.
  • 雑誌名: Journal of the Physical Society of Japan 76
  • 査読あり
• [学会発表] (Sr_2VO_3)FeAsの高分解能ARPES (2010)
  • 著者名/発表者名: 中山耕輔
  • 学会等名: 日本物理学会2010年年次大会
  • 発表場所: 岡山大学、岡山
  • 年月日: 2010-03-23
• [学会発表] Fermi surface and superdonducting gap of FeTe_<1-x>Se_x superconductor studied by high-resolution ARPES (2010)
  • 著者名/発表者名: 中山耕輔
  • 学会等名: American Physical Society March Meeting 2010
  • 発表場所: ボートランド、アメリカ
  • 年月日: 2010-03-19
• [学会発表] 鉄系超伝導体の高分解能ARPES (2010)
  • 著者名/発表者名: 中山耕輔
  • 学会等名: 第27回PFシンポウム
  • 発表場所: 筑波国際会議場、つくば
  • 年月日: 2010-03-09
• [学会発表] FeTe_<1-x>Se_xのフェルミ面とバンド構造:高分解能ARPES (2009)
  • 著者名/発表者名: 中山耕輔
  • 学会等名: 日本物理学会2009年秋季大会
  • 発表場所: 熊本大学、熊本
  • 年月日: 2009-09-25
• [学会発表] Observation of a Dirac cone dispersion in BaFe_2As_2 (2009)
  • 著者名/発表者名: 中山耕輔
  • 学会等名: 日本物理学会2009年秋季大会
  • 発表場所: 熊本大学、熊本
  • 年月日: 2009-09-25
• [学会発表] Low-energy angle-resolved photoemission spectroscopy of Fe-based high-T_c superconductor Ba_<1-x>K_xFe_2As_2 (2009)
  • 著者名/発表者名: 中山耕輔
  • 学会等名: UVSOR International Workshop on Low Energy Photoemission of Solids using Synchrotron Radiation
  • 発表場所: 岡崎コンフェレンスセンター、岡崎
  • 年月日: 2009-09-04
• [学会発表] Universal Electronic Structure for Superconductivity in Iron Arsenides and Chalcogenides (2009)
  • 著者名/発表者名: 中山耕輔
  • 学会等名: 9th International Conference on Materials and Mechanisms of Superconductivity and High Temperature Superconductors
  • 発表場所: 京王プラザホテル東京、東京
  • 年月日: 2009-08-09
• [学会発表] Pairing Origin of a Small Pseudogap in Bi_2Sr_2CuO_6 Studied by Ultrahigh-Resolution Angel-Resolved Photoemission Spectroscopy (2009)
  • 著者名/発表者名: 中山耕輔
  • 学会等名: 9th International Conference on Materials and Mechanisms of Superconductivity and High Temperature Superconductors
  • 発表場所: 京王プラザホテル東京、東京
  • 年月日: 2009-08-08
• [学会発表] 高分解能ARPESによるホールドープBa_<1-x>K_xFe_2As_2のフェルミ準位微細電子構造 (2009)
  • 著者名/発表者名: 中山耕輔
  • 学会等名: 日本物理学会2009年年次大会
  • 発表場所: 立教大学
  • 年月日: 2009-03-30
• [学会発表] 高分解能ARPESによる高温超伝導体YBa_2Cu_3O7_<7_δ>の電子状態のドープ量依存性 (2009)
  • 著者名/発表者名: 中山耕輔
  • 学会等名: 第26回PFシンポジウム
  • 発表場所: つくば国際会議場
  • 年月日: 2009-03-25
• [学会発表] Fermi surface and superconducting gap of Ba_<1-x>K_xFe_2As_2 studied by high-resolution ARPES (2009)
  • 著者名/発表者名: 中山耕輔
  • 学会等名: American Physical Society March Meeting 2009
  • 発表場所: ピッツバーグ、アメリカ
  • 年月日: 2009-03-19
• [学会発表] 銅酸化物高温超伝導体の高分解能角度分解光電子分光 (2008)
  • 著者名/発表者名: 中山耕輔
  • 学会等名: PF研究会「高分解能角度分解光電子分光研究と将来展望」
  • 発表場所: 高エネルギー加速器研究機構
  • 年月日: 2008-12-18
• [学会発表] Electronic structure of Ba_<1-x>K_xFe_2As_2 studied by high-resolution ARPES (2008)
  • 著者名/発表者名: 中山耕輔
  • 学会等名: Beijing International Workshop on Iron (Nickel)-Based Superconductors
  • 発表場所: 北京、中国
  • 年月日: 2008-10-18
• [学会発表] キセノンプラズマ発光ARPESによるPb置換Bi2201の擬ギャップ (2008)
  • 著者名/発表者名: 中山耕輔
  • 学会等名: 日本物理学会2008年秋季大会
  • 発表場所: 岩手大学
  • 年月日: 2008-09-20
• [学会発表] キセノンプラズマ発光ARPESによるBi2201の超伝導ギャップと擬ギャップ (2008)
  • 著者名/発表者名: 中山 耕輔
  • 学会等名: 日本物理学会2008年年次大会
  • 発表場所: 近畿大学
  • 年月日: 2008-03-26
• [学会発表] T1置換PbTe超伝導体のフェルミ面:高分解能ARPES (2008)
  • 著者名/発表者名: 中山 耕輔
  • 学会等名: 日本物理学会2008年年次大会
  • 発表場所: 近畿大学
  • 年月日: 2008-03-24
• [学会発表] 高分解能ARPESによる高温超伝導体YBa_2Cu_3O_<7-δ>の電子状態のドープ量依存性 (2008)
  • 著者名/発表者名: 中山 耕輔
  • 学会等名: 第25回PFシンポジウム
  • 発表場所: Photon Factory, KEK
  • 年月日: 2008-03-19
• [学会発表] キセノンプラズマ発光によるBi2201のバルク敏感超高分解能光電子分光 (2007)
  • 著者名/発表者名: 中山 耕輔
  • 学会等名: 日本物理学会2007年年次大会
  • 発表場所: 北海道大学
  • 年月日: 2007-09-24
• [学会発表] High-resolution angle-resolved photoemission study of bulk electronic states in YBa_2Cu_3O_<7-δ> (2007)
  • 著者名/発表者名: 中山 耕輔
  • 学会等名: The 8th International Conference on Spectroscopies in Novel Superconductors (SNS2007)
  • 発表場所: 仙台国際センター
  • 年月日: 2007-08-21