角度分解光電子分光による電子ドープ系銅酸化物高温超伝導体の研究

• 研究課題/領域番号: 14J09200
• 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: 物性II(実験)
• 研究機関: 東京大学
• 研究代表者: 堀尾 眞史 東京大学, 大学院理学系研究科, 特別研究員(DC1)
• 研究期間 (年度): 2014-04-25 – 2017-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2016年度)
• 配分額: 2,800千円 (直接経費: 2,800千円); 2016年度: 900千円 (直接経費: 900千円); 2015年度: 900千円 (直接経費: 900千円); 2014年度: 1,000千円 (直接経費: 1,000千円)
• キーワード: 高温超伝導 / 銅酸化物 / 光電子分光 / 銅酸化物高温超伝導体 / 反強磁性 / アニール / 分子線エピタキシー(MBE)法

研究実績の概要

銅酸化物高温超伝導体は、母物質である反強磁性絶縁体にホールまたは電子をドープすることで高温超伝導が発現すると考えられてきた。しかし近年、電子ドープ型銅酸化物高温超伝導体の薄膜試料ではCe置換による電子ドープ無しに超伝導が発現することが報告され、ノンドープ超伝導と呼ばれて注目されている。試料合成後に行う還元アニールの手法の改良によって超伝導を阻害する不純物酸素がより効果的に取り除かれ、Ce置換無しに超伝導が発現したと考えられている。
このノンドープ超伝導体の電子構造を明らかにするため、今年度はノンドープ超伝導薄膜の角度分解光電子分光（ARPES）測定を行った。真空紫外光を用いた高分解能ARPES測定は非常に表面敏感であるため、表面を一度大気に曝してしまった試料の測定を行うことができない。そこで、2015年度に我々が確立した手法（Y. Krockenberger, M. Horio et al., Appl. Phys. Express 8, 053101 (2015).）でノンドープ超伝導薄膜を作成した後、非晶質のSeを蒸着して表面を保護した状態で放射光施設へ輸送し、測定用の真空槽への導入後に加熱によってSeを昇華させることで清浄な試料表面を用意した。ARPESで観測したフェルミ面の面積からキャリア量を見積もったところ、Ce置換していないにも関わらず、多量の電子がドープされていることがわかった。アニールによって酸素欠損が生じたために電子がドープされたと考えられる。
本研究は、電子ドープ型銅酸化物高温超伝導体のキャリア量はCe量だけでは決まらず、Ce置換していないノンドープ超伝導体にも多量の電子が含まれているということを示した点で、銅酸化物高温超伝導体の相図確立に大きく貢献するものである。

現在までの達成度 (段落)

28年度が最終年度であるため、記入しない。

今後の研究の推進方策

28年度が最終年度であるため、記入しない。

研究成果

• [国際共同研究] Stanford Univeristy/SLAC National Accelerator Laboratory(米国)
• [雑誌論文] Suppression of the antiferromagnetic pseudogap in the electron-doped high-temperature superconductor by "protect annealing" (2016)
  • 著者名/発表者名: M. Horio, T. Adachi, Y. Mori, A. Takahashi, T. Yoshida, H. Suzuki, L. C. C. Ambolode II, K. Okazaki, K. Ono, H. Kumigashira, H. Anzai, M. Arita, H. Namatame, M. Taniguchi, D. Ootsuki, K. Sawada, M. Takahashi, T. Mizokawa, Y. Koike, A. Fujimori
  • 雑誌名: Nature Communications 巻: 7 号: 1 ページ: 10567-10567
  • DOI: 10.1038/ncomms10567
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Fermi surfaces and p-d hybridization in the diluted magnetic semiconductorBa1-xKx(Zn1-yMny)2As2 studied by soft x-ray angle-resolved photoemission spectroscopy (2015)
  • 著者名/発表者名: H. Suzuki, G. Q. Zhao, K. Zhao, B. J. Chen, M. Horio, K. Koshiishi, J. Xu, M. Kobayashi, M. Minohara, E. Sakai, K. Horiba, H. Kumigashira, Bo Gu, S. Maekawa, Y. J. Uemura, C. Q. Jin, and A. Fujimori
  • 雑誌名: Phys. Rev. B 巻: 92 号: 23 ページ: 235120-235120
  • DOI: 10.1103/physrevb.92.235120
  • 査読あり / 国際共著 / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] As-grown superconducting Pr2CuO4 under thermodynamic constraints (2015)
  • 著者名/発表者名: Y. Krockenberger*, M. Horio*, H. Irie, A. Fujimori, H. Yamamoto (*Equally contributed)
  • 雑誌名: Applied Physics Express 巻: 8 号: 5 ページ: 053101-053101
  • DOI: 10.7567/apex.8.053101
  • 査読あり
• [雑誌論文] Suppression of the antiferromagnetic pseudogap in the electron-doped high-temperature superconductor by “protect annealing” (2015)
  • 著者名/発表者名: M. Horio, T. Adachi, Y. Mori, A. Takahashi, T. Yoshida, H. Suzuki, L. C. C. Ambolode Ⅱ, K. Okazaki, K. Ono, H. Kumigashira, H. Anzai, M. Arita, H. Namatame, M. Taniguchi, D. Ootsuki, K. Sawada, M. Takahashi, T. Mizokawa, Y. Koike, and A. Fujimori
  • 雑誌名: arXiv 巻: 1502.03395 ページ: 1-23
  • オープンアクセス
• [雑誌論文] As-grown superconducting Pr2CuO4 under thermodynamic constraints (2015)
  • 著者名/発表者名: Y. Krockenberger*, M. Horio*, H. Irie, A. Fujimori, and H. Yamamoto (*Contributed equally to this work)
  • 雑誌名: Applied Physics Express 巻: 未定
  • 査読あり
• [雑誌論文] Spectromicroscopy of Electronic Phase Separation in KxFe2-ySe2superconductor (2014)
  • 著者名/発表者名: M. Bendele, A. Barinov, B. Joseph, D. Innocenti, A. Ladecola, A. Bianconi, H. Takeya, Y. Mizuguchi, Y. Takano, T. Noji, T. Hatakeda, Y. Koike, M. Horio, A. Fujimori, D.Ootsuki,T. Mizokawa, N. L. Saini
  • 雑誌名: Scientific Reports 巻: 4 号: 1 ページ: 1-5
  • DOI: 10.1038/srep05592
  • 査読あり / オープンアクセス
• [学会発表] T’型銅酸化物母物質超伝導体Pr2CuO4薄膜の角度分解光電子分光 (2017)
  • 著者名/発表者名: 堀尾眞史, 輿石佳佑, 中田勝, 萩原健太, 小林正起, 堀場弘司, 組頭広志, Y. Krockenberger, 入江宏, 山本秀樹, 藤森淳
  • 学会等名: 日本物理学会第72回年次大会
  • 発表場所: 大阪大学（大阪府豊中市）
  • 年月日: 2017-03-17
• [学会発表] ARPES of the superconducting parent compound of the electron-doped cuprates Pr2CuO4 (2017)
  • 著者名/発表者名: M. Horio, K. Koshiishi, S. Nakata, K. Hagiwara, M. Kobayashi, K. Horiba, H. Kumigashira, Y. Krockenberger, H. Irie, H. Yamamoto
  • 学会等名: CEMS-QPEC Symposium on Emergent Quantum Materials
  • 発表場所: Tokyo (Japan)
  • 年月日: 2017-01-18
  • 国際学会
• [学会発表] ARPESとXMCDで調べるSr2VFeAsO3-dにおける強磁性と超伝導の共存 (2017)
  • 著者名/発表者名: 堀尾眞史, 岡崎浩三, 竹田幸治, 鈴木博人, 徐健, 輿石佳佑, 石上啓介, 芝田悟朗, 高橋文雄, 若林勇希, 坂本祥哉, 野中洋亮, 池田啓祐, 小林正起, 堀場弘司, 組頭広志, 小野寛太, 小出常晴, 斎藤祐児, 山上浩志, 並木宏允, 片桐隆雄, 笹川崇男, 藤森淳
  • 学会等名: 第8回低温センター研究交流会
  • 発表場所: 東京大学（東京都文京区）
• [学会発表] 硬X線光電子分光と軟X線吸収分光で調べる銅酸化物母物質超伝導体Nd2CuO4薄膜の電子構造 (2017)
  • 著者名/発表者名: 堀尾眞史, Y. Krockenberger, 山本航平, 横山優一, 田久保耕, 平田靖透, 坂本祥哉, 輿石佳佑, 保井晃, 池永英司, 辛埴, 山本秀樹, 和達大樹, 藤森淳
  • 学会等名: ISSP-Workshop: SPring-8 BL07LSUが照らしだす物質機能の起源
  • 発表場所: 東大物性研（千葉県柏市）
• [学会発表] T’型銅酸化物母物質超伝導体Pr2CuO4薄膜の角度分解光電子分光 (2017)
  • 著者名/発表者名: 堀尾眞史, 輿石佳佑, 中田勝, 萩原健太, 小林正起, 堀場弘司, 組頭広志, Y. Krockenberger, 入江宏, 山本秀樹, 藤森淳
  • 学会等名: 2016年度量子ビームサイエンスフェスタ
  • 発表場所: つくば国際会議場（茨城県つくば市）
• [学会発表] 角度分解光電子分光で観測した電子ドープ型銅酸化物高温超伝導体の超伝導ギャップ (2016)
  • 著者名/発表者名: 堀尾眞史, 輿石佳佑, 中田勝, 萩原健太, 扇太郎, 出田真一郎, 田中清尚, 足立匡, 小池洋二, 藤森淳
  • 学会等名: UVSORシンポジウム2016
  • 発表場所: 岡崎コンファレンスセンター（愛知県岡崎市）
  • 年月日: 2016-10-29
• [学会発表] T’型銅酸化物高温超伝導体Pr1.3-xLa0.7CexCuO4+dアンダードープ試料の角度分解光電子分光 (2016)
  • 著者名/発表者名: 堀尾眞史, 輿石佳佑, 鈴木博人, 徐健, 野中洋亮, 扇太郎, 今野巧也, 高橋晶, 佐藤秀孝, 橋本信, D. Lu, Z. -X. Shen, 足立匡, 小池洋二, 藤森淳
  • 学会等名: 日本物理学会2016年秋季大会
  • 発表場所: 金沢大学（石川県金沢市）
  • 年月日: 2016-09-13
• [学会発表] Electronic structure of superconducting parent compound of T’-cuprate superconductors Nd2CuO4 studied by hard X-ray photoemission and soft X-ray absorption spectroscopies (2016)
  • 著者名/発表者名: M. Horio, Y. Krockenberger, K. Yamamoto, Y. Yokoyama, K. Takubo, Y. Hirata, S. Shin, A. Yasui, E. Ikenaga, H. Yamamoto, H. Wadati, A. Fujimori
  • 学会等名: International Symposium on New Horizons in Condensed Matter Physics
  • 発表場所: Tokyo (Japan)
  • 年月日: 2016-06-18
  • 国際学会
• [学会発表] T’型銅酸化物母物質超伝導体薄膜Nd2CuO4の硬X線光電子分光 (2016)
  • 著者名/発表者名: 堀尾眞史, Yoshiharu Krockenberger, 山本航平, 横山優一, 田久保耕, 平田靖透, 辛埴, 保井晃, 池永英司, 山本秀樹, 和達大樹, 藤森淳
  • 学会等名: 日本物理学会第71回年次大会
  • 発表場所: 東北学院大学（宮城県・仙台市）
  • 年月日: 2016-03-19
• [学会発表] Hard X-ray photoemission and soft X-ray absorption spectroscopies on the superconducting parent compound of T’-cuprate superconductors Nd2CuO4 (2016)
  • 著者名/発表者名: M. Horio, Y. Krockenberger, K. Yamamoto, Y. Yokoyama, K. Takubo, Y. Hirata, S. Shin, A. Yasui, E. Ikenaga, H. Yamamoto, H. Wadati, A. Fujimori
  • 学会等名: The 16-th Japan- Korea-Taiwan Workshop on Strongly Correlated Electron Systems
  • 発表場所: 東京大学（東京都・文京区）
  • 年月日: 2016-02-19
  • 国際学会
• [学会発表] 電子ドープ型銅酸化物高温超伝導体Pr1.3-xLa0.7CexCuO4の内殻光電子分光 (2016)
  • 著者名/発表者名: 堀尾眞史, 芝田悟朗, 鈴木博人, 徐健, 輿石佳佑, 今野巧也, 高橋晶, 扇太郎, 佐藤秀孝, 小林正起, 簑原誠人, 堀場弘司, 組頭広志, 足立匡, 小池洋二, 藤森淳
  • 学会等名: 日本放射光学会2016年年会
  • 発表場所: 東京大学（東京都・文京区）
  • 年月日: 2016-01-09
• [学会発表] Impact of annealing on the electronic structure of the elelectron-doped cuprate superconductors (2016)
  • 著者名/発表者名: M. Horio, T. Yoshida, H. Suzuki, G. Shibata, K. Okazaki, J. Xu, K. Koshiishi, Y. Mori, A. Takahashi, T. Konno, T. Ohgi, H. Sato, D. Ootsuki, T. Mizokawa, K. Ono, M. Kobayashi, M. Minohara, K. Horiba, H. Kumigashira, T. Anzai, M. Arita, H. Namatame, M. Taniguchi, T. Adachi, Y. Koike, A. Fujimori
  • 学会等名: International USMM & CMSI Workshop: Frontiers of Materials and Correlated Electron Science from Bulk to Thin Films and Interfaces
  • 発表場所: 東京大学（東京都・文京区）
  • 年月日: 2016-01-05
  • 国際学会
• [学会発表] 光電子分光から見た電子ドープ型銅酸化物高温超伝導体におけるアニール効果 (2016)
  • 著者名/発表者名: 堀尾眞史
  • 学会等名: 高温超伝導フォーラム第4回会合
  • 発表場所: 金沢勤労者プラザ（石川県金沢市）
  • 招待講演
• [学会発表] X 線内殻光電子分光で調べる電子ドープ型銅酸化物高温超伝導体におけるアニール効果 (2015)
  • 著者名/発表者名: 堀尾眞史, 芝田悟朗, 鈴木博人, 徐健, 輿石佳佑, 今野巧也, 高橋晶, 扇太郎, 佐藤秀孝, 小林正起, 簑原誠人, 堀場弘司, 組頭広志, 足立匡, 小池洋二, 藤森淳
  • 学会等名: 第9回物性科学領域横断研究会
  • 発表場所: 東京大学（東京都・文京区）
  • 年月日: 2015-11-13
• [学会発表] 電子ドープ型銅酸化物高温超伝導体Pr1.3-xLa0.7CexCuO4の内殻分光 (2015)
  • 著者名/発表者名: 堀尾眞史, 芝田悟朗, 鈴木博人, 徐健, 輿石佳佑, 今野巧也, 高橋晶, 扇太郎, 佐藤秀孝, 小林正起, 簑原誠人, 堀場弘司, 組頭広志, 足立匡, 小池洋二, 藤森淳
  • 学会等名: 日本物理学会2015年秋季大会
  • 発表場所: 関西大学（大阪府・吹田市）
  • 年月日: 2015-09-16
• [学会発表] 強磁性と超伝導が共存するSr2VFeAsO3-dのARPESと内殻分光Ⅱ (2015)
  • 著者名/発表者名: M. Horio, T. Katagiri, H. Namiki, K. Okazaki, H. Suzuki, J. Xu, K. Koshiishi, K. Ishigami, G. Shibata, Y. Takahashi, S. Sakamoto, Y. Nonaka, K. Ono, K. Horiba, M. Kobayashi, M. Minohara, E. Sakai, T. Koide, H. Kumigashira, T. Sasagawa, and A. Fujimori
  • 学会等名: 日本物理学会第70回年次大会
  • 発表場所: 早稲田大学
  • 年月日: 2015-03-21
• [学会発表] プロテクト・アニール”による電子ドープ型銅酸化物高温超伝導体の反強磁性擬ギャップの抑制 (2015)
  • 著者名/発表者名: M. Horio, T. Adachi, Y. Mori, A. Takahashi, T. Yoshida, H. Suzuki, L. C. C. Ambolode Ⅱ, K. Okazaki, K. Ono, H. Kumigashira, H. Anzai, M. Arita, H. Namatame, M. Taniguchi, D. Ootsuki, K. Sawada, M. Takahashi, T. Mizokawa, Y. Koike, and A. Fujimori
  • 学会等名: ISSPワークショップ「SPring-8 BL07LSUの現状と新たな高原に向けた取り組み」
  • 発表場所: 東京大学物性研究所
  • 年月日: 2015-03-05
• [学会発表] ARPES and core-level spectroscopies of the coexistence of ferromagnetism and superconductivity in Sr2VFeAsO3-d (2014)
  • 著者名/発表者名: M. Horio, T. Katagiri, H. Namiki, K. Okazaki, H. Suzuki, J. Xu, K. Koshiishi, K. Ishigami, G. Shibata, Y. Takahashi, S. Sakamoto, Y. Nonaka, K. Ono, K. Horiba, M. Kobayashi, M. Minohara, E. Sakai, T. Koide, H. Kumigashira, T. Sasagawa, and A. Fujimori
  • 学会等名: International school: Multi-condensates superconductivity 2014
  • 発表場所: Erice, Italy
  • 年月日: 2014-07-19 – 2014-07-25
• [備考] 反強磁性の影響がない高温超伝導状態を観測
  • URL: http://www.s.u-tokyo.ac.jp/ja/press/2016/4598/
• [備考] 超伝導の効果を妨げる磁性を排除した高温超伝導状態を観測
  • URL: http://www.u-tokyo.ac.jp/ja/utokyo-research/research-news/observation-of-high-temperature-superconductivity-without-effect-of-magnetism.html