新規高Ｔｃ鉄系超伝導体の微小結晶・広光エネルギー角度分解光電子分光

• 研究課題/領域番号: 15J08297
• 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: 岡山大学
• 研究代表者: 砂川 正典 岡山大学, 自然科学研究科, 特別研究員(DC2)
• 研究期間 (年度): 2015-04-24 – 2017-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2016年度)
• 配分額: 1,900千円 (直接経費: 1,900千円); 2016年度: 900千円 (直接経費: 900千円); 2015年度: 1,000千円 (直接経費: 1,000千円)
• キーワード: 鉄系高温超伝導 / 角度分解光電子分光 / 鉄系高温超伝導体

研究実績の概要

鉄系超伝導体の超伝導機構として、ブリルアンゾーンのΓ点のホールフェルミ面とM点の電子フェルミ面とのフェルミ面ネスティングによるスピン/軌道揺らぎ超伝導が提案されている。このメカニズムに基づくと、高Tcを担う電子構造にはホールフェルミ面と電子フェルミ面が共存していることが期待される。実際に、多くの高Tc鉄系超伝導体におけるホール・電子フェルミ面の共存が、角度分解光電子分光(ARPES)によって明らかにされてきた。しかしながら、Tc = 32 Kの超伝導を発現するKxFe2-ySe2は、ARPES先行研究ではホールフェルミ面が観測されておらず、ホール・電子フェルミ面間のネスティングが存在しないと考えられている。このフェルミ面トポロジーの違いは、鉄系超伝導体の超伝導機構の統一的な理解を困難にしている。本研究では、電子フェルミ面のみで構成されるフェルミ面トポロジーがKxFe2-ySe2の本質的な電子構造であるかという問題意識のもと、放射光ARPESを用いた電子構造の再検証を行った。この研究により、これまで観測されていない隠れたホールバンドの直接観測に成功した。バンド計算と対応からこのバンドがKxFe2-ySe2の本質的な電子構造であることを示した。加えてブリルアンゾーン全域での詳細測定から、隠れたホールバンドによるΓ点ホールフェルミ面の形成を示唆する結果を得た。以上の結果から、鉄系超伝導体の高Tcを担う電子構造の特徴がホール・電子フェルミ面の共存であることを提案した。
また先述の研究結果で得られた知見を元に、電子状態の温度変化について再検証を行った。バンド構造の温度変化を測定から、フェルミ準位近傍のバンド構造が１つの金属相では説明できないことを示す結果を得た。この研究結果は先行研究において提案されていた電子状態の温度変化を説明する理論モデル(軌道選択Mott相)の再検討を要請する。

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

• [雑誌論文] Observation of a Hidden Hole-Like Band Approaching the Fermi Level in K-Doped Iron Selenide Superconductor (2017)
  • 著者名/発表者名: Masanori Sunagawa, Kensei Terashima, Takahiro Hamada, Hirokazu Fujiwara, Tetsushi Fukura, Aya Takeda, Masashi Tanaka, Hiroyuki Takeya, Yoshihiko Takano, Masashi Arita, Kenya Shimada, Hirofumi Namatame, Masaki Taniguchi, Katsuhiro Suzuki, Hidetomo Usui, Kazuhiko Kuroki, Takanori Wakita, Yuji Muraoka, Takayoshi Yokoya
  • 雑誌名: Journal of Physical Society of Japan 巻: 85 号: 7 ページ: 073704-073704
  • DOI: 10.7566/jpsj.85.073704
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Observation of intrinsic half-metallic behavior of CrO2 (100) epitaxial films by bulk-sensitive spin-resolved PES (2017)
  • 著者名/発表者名: Hirokazu Fujiwara, Masanori Sunagawa, Kensei Terashima, Tomoko Kittaka, Takanori Wakita, Yuji Muraoka, Takayoshi Yokoya
  • 雑誌名: Journal of Electron Spectroscopy and Related Phenomena 巻: 印刷中
  • 査読あり
• [雑誌論文] Preparation of TaO2 thin film using NbO2 template layers by a pulsed laser deposition technique (2016)
  • 著者名/発表者名: Y. Muraoka, Y. Fujimoto, M. Kameoka, Y. Matsuura, M. Sunagawa, K. Terashima, T. Wakita, T. Yokoya
  • 雑誌名: Thin Solid Films 巻: 599 ページ: 125-132
  • DOI: 10.1016/j.tsf.2015.12.066
  • 査読あり
• [雑誌論文] Comparative ARPES Study on Iron-Platinum-Arsenide Superconductor Ca10(Pt4As8)(Fe2－xPtxAs2)5 (x = 0.25 and 0.42) (2015)
  • 著者名/発表者名: M. Sunagawa, R. Yoshida, T. Ishiga, K. Tsubota, T. Jabuchi, J. Sonoyama, S. Kakiya, D. Mitsuoka, K. Kudo, M. Nohara, K. Ono, H. Kumigashira, T. Oguchi, T. Wakita, Y. Muraoka, T. Yokoya
  • 雑誌名: Journal of the Physical Society of Japan 巻: 84 号: 5 ページ: 055001-055002
  • DOI: 10.7566/jpsj.84.055001
  • NAID: 210000133564
  • 査読あり
• [雑誌論文] Intrinsic spin polarized electronic structure of CrO2 epitaxial film revealed by bulk-sensitive spin-resolved photoemission spectroscopy (2015)
  • 著者名/発表者名: Hirokazu Fujiwara, Masanori Sunagawa, Kensei Terashima, Tomoko Kittaka, Takanori Wakita, Yuji Muraoka, and Takayoshi Yokoya
  • 雑誌名: Applied Physics Letter 巻: 106 号: 20 ページ: 202404-202407
  • DOI: 10.1063/1.4921629
  • 査読あり
• [雑誌論文] Two-dimensional electronic structure of La and P co-doped CaFe2As2 studied by ARPES (2015)
  • 著者名/発表者名: Masanori Sunagawa, Toshihiko Ishiga, Koji Tsubota, Taihei Jabuchi, Junki Sonoyama, Keita Iba, Kazutaka Kudo, Minoru Nohara, Kanta Ono, Hiroshi Kumigashira, Tomohiro Matsushita, Masashi Arita, Kenya Shimada, Hirofumi Namatame, Masaki Taniguchi, Takanori Wakita, Yuji Muraoka & Takayoshi Yokoya
  • 雑誌名: Photon Factory Activity Report 2014 Part A "Highlights” 巻: 32 ページ: 22-23
  • オープンアクセス
• [学会発表] Angle-resolved Photoemission Spectroscopy Study on RbxFe2-ySe2 superconductor (2017)
  • 著者名/発表者名: M. Sunagawa, K. Terashima, H. Fujiwara, T. Fukura, A. Takeda, M. Tanaka, H. Takeya, Y. Takano, M. Arita, K. Shimada, H. Namatame, M. Taniguchi, K. Suzuki, H. Usui, K. Kuroki, T. Wakita, Y. Muraoka, T. Yokoya
  • 学会等名: The 21st Hiroshima International Symposium on Synchrotron Radiation
  • 発表場所: 広島大学 東広島キャンパス
  • 年月日: 2017-03-02
  • 国際学会
• [学会発表] Temperature-dependent Angle-resolved Photoemission Spectroscopy Study on KxFe2-ySe2 superconductor (2017)
  • 著者名/発表者名: M. Sunagawa, K. Terashima, H. Fujiwara, T. Fukura, A. Takeda, M. Tanaka, H. Takeya, Y. Takano, M. Arita, K. Shimada, H. Namatame, M. Taniguchi, K. Suzuki, H. Usui, K. Kuroki, T. Wakita, Y. Muraoka, T. Yokoya
  • 学会等名: The 21st Hiroshima International Symposium on Synchrotron Radiation
  • 発表場所: 広島大学 東広島キャンパス
  • 年月日: 2017-03-02
  • 国際学会
• [学会発表] Electronic Structure of AxFe2-ySe2 (A=K,Rb) superconductor studied by ARPES (2016)
  • 著者名/発表者名: M. Sunagawa, K. Terashima, T. Fukura, A. Takeda, H. Fujiwara, M. Tanaka, H. Takeya, Y. Takano, M. Arita, K. Shimada, H. Namatame, M. Taniguchi, K. Suzuki, H. Usui, K. Kuroki, T. Wakita, Y. Muraoka, T. Yokoya
  • 学会等名: International Workshop on Superconductivity and Related Functional Materials 2016
  • 発表場所: 物質・材料研究機構(NIMS)
  • 年月日: 2016-12-22
  • 国際学会
• [学会発表] 角度分解光電子分光によるAxFe2-ySe2 (A=K,Rb)の電子状態研究 (2016)
  • 著者名/発表者名: 砂川正典, 寺嶋健成, 濱田貴裕, 藤原弘和, 竹田彩, 福良哲司, 田中将嗣, 竹屋浩幸, 高野義彦, 有田将司, 島田賢也, 生天目博文, 谷口雅樹, 鈴木雄大, 臼井秀知, 黒木和彦, 脇田高徳, 村岡祐治, 横谷尚睦
  • 学会等名: 日本物理学会2016年春季大会
  • 発表場所: 金沢大学 角間キャンパス
  • 年月日: 2016-09-15
• [学会発表] KxFe2-ySe2の角度分解光電子分光Ⅱ (2015)
  • 著者名/発表者名: 砂川正典、寺島健成、濱田貴裕、藤原弘和、、竹田彩、福良哲司、田中将嗣、竹屋浩幸、高野義彦、有田将司、島田賢也、生天目博文、谷口雅樹、鈴木雄大、臼井秀知、黒木和彦、脇田高徳、村岡祐治、横谷尚睦
  • 学会等名: 日本物理学会2015年秋季大会
  • 発表場所: 関西大学千里山キャンパス
  • 年月日: 2015-09-16