超伝導体母相における強誘電的金属状態の起源

• 研究課題/領域番号: 16K05434
• 研究種目: 基盤研究(C)
• 配分区分: 基金
• 応募区分: 一般
• 研究分野: 物性Ⅱ
• 研究機関: 東京工業大学
• 研究代表者: 山浦 淳一 東京工業大学, 元素戦略研究センター, 特任准教授 (80292762)
• 研究期間 (年度): 2016-04-01 – 2020-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2019年度)
• 配分額: 4,550千円 (直接経費: 3,500千円、間接経費: 1,050千円); 2018年度: 1,300千円 (直接経費: 1,000千円、間接経費: 300千円); 2017年度: 1,300千円 (直接経費: 1,000千円、間接経費: 300千円); 2016年度: 1,950千円 (直接経費: 1,500千円、間接経費: 450千円)
• キーワード: 鉄系超伝導 / 強誘電金属 / ネマチック状態 / ネマチック揺らぎ / 構造ゆらぎ / 超伝導 / 構造秩序 / 磁気秩序

研究成果の概要

水素置換鉄系超伝導体は、空間反転対称性を失った特異な母相と、それに隣接した超伝導相を有している。超伝導母相は、超伝導の揺らぎが秩序化した状態であるといえるため、強誘電的金属状態の揺らぎと超伝導の関連は興味深い。LaFeAsO1-xHxにおけるX線回折から、構造相転移のはるかに高温から格子対称性の低下―ネマチック状態―を見出した。EXAFSからは、母相のはるかに高温から局所的反転対称性の破れ－強誘電的揺らぎーが存在していることを発見した。この結果は、極性金属の揺らぎが超伝導と関連している可能性を提示したと考えている。

研究成果の学術的意義や社会的意義

本研究成果は、最近多くの超伝導体で観測されているネマチック状態が、水素置換系鉄系超伝導体でも存在していることを新たに証明し、さらに、超伝導体全体でも未知といえる、強誘電的金属状態の揺らぎと超伝導の関連を見出した重要な意義がある。また、反転対称を破った構造における超伝導は、上部臨界磁場の理論的限界値を上げる可能性があり、超伝導体の応用という面でも重要な情報を提供できると考えている。

研究成果

• [国際共同研究] LNCMI-CNRS(France)
• [国際共同研究] Institute for Basic Science/Seoul National University/Ewha Womans University(韓国)
• [国際共同研究] U.S. Department of Energy(米国)
• [国際共同研究] Institute for Basic Science(韓国)
• [雑誌論文] Polar nano-region structure in the oxynitride perovskite LaTiO2N (2020)
  • 著者名/発表者名: Yamaura Jun-ichi、Maki Sachiko、Honda Takashi、Matsui Yoshio、Noviyanto Alfian、Otomo Toshiya、Abe Hitoshi、Murakami Youichi、Ohashi Naoki
  • 雑誌名: Chemical Communications 巻: 56 号: 9 ページ: 1385-1388
  • DOI: 10.1039/c9cc07029j
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Crystal structure and magnetic properties of the 5d transition metal oxides AOsO4(A=K,Rb,Cs) (2019)
  • 著者名/発表者名: Yamaura Jun-ichi、Hiroi Zenji
  • 雑誌名: Physical Review B 巻: 99 号: 15
  • DOI: 10.1103/physrevb.99.155113
  • 査読あり
• [雑誌論文] Quantum dynamics of hydrogen in the iron-based superconductor LaFeAsO0.9D0.1 measured with inelastic neutron spectroscopy (2019)
  • 著者名/発表者名: Jun-ichi Yamaura, Haruhiro Hiraka, Soshi Iimura, Yoshinori Muraba, Joonho Bang, Kazuhiko Ikeuchi, Mitsutaka Nakamura, Yasuhiro Inamura, Takashi Honda, Masatoshi Hiraishi, Kenji M. Kojima, Ryosuke Kadono, Yoshio Kuramoto, Youichi Murakami, Satoru Matsuishi, and Hideo Hosono
  • 雑誌名: Phys. Rev. B 巻: 99 号: 22
  • DOI: 10.1103/physrevb.99.220505
  • NAID: 120007168972
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] High-pressure Raman study on the superconducting pyrochlore oxide Cd2Re2O7 (2018)
  • 著者名/発表者名: Y. Matsubayashi, T. Hasegawa, N. Ogita, J. Yamaura, Z. Hiroi,
  • 雑誌名: Physica B 巻: 536 ページ: 600-603
  • DOI: 10.1016/j.physb.2017.10.030
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] High-pressure crystal and electronic structures in iron-based ladder superconductor BaFe2S3 (2018)
  • 著者名/発表者名: K. Kobayashi, S. Maki, Y. Murakami, Y. Hirata, K. Ohgushi, and J. Yamaura
  • 雑誌名: Superconduct. Sci. Technol 巻: 31 号: 10 ページ: 105002-105002
  • DOI: 10.1088/1361-6668/aad790
  • 査読あり
• [雑誌論文] Gapless magnetic excitation in a heavily electron-doped antiferromagnetic phase of LaFeAsO0.5D0.5 (2018)
  • 著者名/発表者名: H. Tamatsukuri, H. Hiraka, K. Ikeuchi, S. Iimura, Y. Muraba, M. Nakamura, H. Sagayama, J. Yamaura, Y. Murakami, Y. Kuramoto, and H. Hosono
  • 雑誌名: Phys. Rev. B. 巻: 98 号: 17 ページ: 1744151-1744156
  • DOI: 10.1103/physrevb.98.174415
  • NAID: 120006731602
  • 査読あり
• [雑誌論文] Structural Insight into Charge Transfer Phase Transition for Unique Iron Mixed-Valence Complex (n-C3H7)4N[FeIIFeIII(dto)3] with 2D Honeycomb Network (2018)
  • 著者名/発表者名: M. Itoi, A. Okazawa, J. Yamaura, S. Maki, T. Komatsu, N. Kojima, I. Maurien, E. Codjovi, K. Boukheddaden. and F. Varret
  • 雑誌名: Inorg. Chem. 巻: 57 号: 21 ページ: 13728-13738
  • DOI: 10.1021/acs.inorgchem.8b02211
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Structural variations and dielectric properties of (Bi1-xLax)2SiO5 (0<x<0.1): Polycrystallines synthesized by crystallization of Bi-Si-O and Bi-La-Si-O glasses (2018)
  • 著者名/発表者名: Hiroki Taniguchi、Shingo Tatewaki、Shintaro Yasui、Yasuhiro Fujii、Jun-ichi Yamaura、Ichiro Terasaki
  • 雑誌名: Physical Review Materials 巻: 2 号: 4
  • DOI: 10.1103/physrevmaterials.2.045603
  • 査読あり
• [雑誌論文] Pyrochlore Oxide Superconductor Cd2Re2O7 Revisited (2018)
  • 著者名/発表者名: Zenji Hiroi、Jun-ichi Yamaura、Tatsuo C. Kobayashi、 Yasuhito Matsubayashi、Daigorou Hirai
  • 雑誌名: Journal of the Physical Society of Japan 巻: 87 号: 2 ページ: 024702-024702
  • DOI: 10.7566/jpsj.87.024702
  • NAID: 210000134700
  • 査読あり
• [雑誌論文] Spin dynamics in the high-field phases of volborthite (2017)
  • 著者名/発表者名: M. Yoshida、K. Nawa、H. Ishikawa、M. Takigawa、M. Jeong、S. Kramer、M. Horvatic、C. Berthier、K. Matsui、T. Goto、S. Kimura、T. Sasaki、J. Yamaura、H. Yoshida、Y. Okamoto、Z. Hiroi
  • 雑誌名: Physical Review B 巻: 96 号: 18
  • DOI: 10.1103/physrevb.96.180413
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Structure determination in thin film Ba1-xLaxFe2As2: Relation between the FeAs4 geometry and superconductivity (2017)
  • 著者名/発表者名: Kensuke Kobayashi、Akiko Nakao、Sachiko Maki、Jun-ichi Yamaura、Takayoshi Katase、Hikaru Sato、Hajime Sagayama、Reiji Kumai、Yoshio Kuramoto、Youichi Murakami、Hidenori Hiramatsu、Hideo Hosono
  • 雑誌名: Physical Review B 巻: 96 号: 12
  • DOI: 10.1103/physrevb.96.125116
  • 査読あり
• [雑誌論文] Two-magnon scattering in the 5d all-in-all-out pyrochlore magnet Cd2Os2O7 (2017)
  • 著者名/発表者名: Thi Minh Hien Nguyen、Luke J. Sandilands、C. H. Sohn、C. H. Kim、Aleksander L. Wysocki、In-Sang Yang、S. J. Moon、Jae-Hyeon Ko、J. Yamaura、Z. Hiroi、Tae Won Noh
  • 雑誌名: Nature Communications 巻: 8 号: 1
  • DOI: 10.1038/s41467-017-00228-w
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Semimetallic bands derived from interlayer electrons in the quasi-two-dimensional electride Y2C (2017)
  • 著者名/発表者名: Horiba Koji、Yukawa Ryu、Mitsuhashi Taichi、Kitamura Miho、Inoshita Takeshi、Hamada Noriaki、Otani Shigeki、Ohashi Naoki、Maki Sachiko、Yamaura Jun-ichi、Hosono Hideo、Murakami Youichi、Kumigashira Hiroshi
  • 雑誌名: Physical Review B 巻: 96 号: 4 ページ: 045101-045101
  • DOI: 10.1103/physrevb.96.045101
  • 査読あり
• [雑誌論文] 4.Strong Spin-Phonon Coupling Mediated by Single Ion Anisotropy in the All-In--All-Out Pyrochlore Magnet Cd2Os2O7 (2017)
  • 著者名/発表者名: C. H. Sohn, C. H. Kim, L. J. Sandilands, N. M. Hien, S. Y. Kim, H. J. Park, K. W. Kim, S. J. Moon, J. Yamaura, Z. Hiroi, and T. W. Noh
  • 雑誌名: Phys. Rev. Lett. 巻: 118 号: 11 ページ: 117201-117201
  • DOI: 10.1103/physrevlett.118.117201
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Robust ferromagnetism carried by antiferromagnetic domain walls (2017)
  • 著者名/発表者名: Hishiro T. Hirose, Jun-ichi Yamaura, Zenji Hiroi
  • 雑誌名: Scientific Reports 巻: 7 号: 1 ページ: 42440-42440
  • DOI: 10.1038/srep42440
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] 1.Successive spatial symmetry breaking under high pressure in the spin-orbit-coupled metal Cd2Re2O7 (2017)
  • 著者名/発表者名: J. Yamaura, K. Takeda, Y. Ikeda, N. Hirao, Y. Ohishi, T. C. Kobayashi, Z. Hiroi
  • 雑誌名: Phys. Rev. B 巻: 95 号: 2 ページ: 020102-020102
  • DOI: 10.1103/physrevb.95.020102
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] 2.Pressure effect on iron-based superconductor LaFeAsO1-xHx: Peculiar response of 1111-type structure (2016)
  • 著者名/発表者名: K. Kobayashi, J. Yamaura, S. Iimura, S. Maki, H. Sagayama, R. Kumai, Y. Murakami, H. Takahashi, S. Matsuishi, H. Hosono
  • 雑誌名: Scientific Reports 巻: 6 号: 1 ページ: 39646-39646
  • DOI: 10.1038/srep39646
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [学会発表] Quantum Dynamics of Hydrogen in Iron-based Superconductor (2019)
  • 著者名/発表者名: J. Yamaura
  • 学会等名: Materials Research Meeting
  • 国際学会
• [学会発表] ヒドリド誘起の超伝導をプロトンのトンネリングで観測する (2018)
  • 著者名/発表者名: 山浦淳一
  • 学会等名: 第3回 固体化学フォーラム研究会
• [学会発表] BiFeO3における傾角反強磁性相の新奇電気分極 (2018)
  • 著者名/発表者名: 河智史朗, 木下雄斗, 三宅厚志, 伊藤利充, 宮原慎, 山浦淳一, 徳永将史
  • 学会等名: 日本物理学会 年次大会
• [学会発表] 結晶構造解析とDFT計算による鉄混合原子価錯体(n-C3H7)4N[FeIIFeIII(dto)3]の光誘起電荷移動相転移の可能性の検討 (2018)
  • 著者名/発表者名: 糸井充穂, 岡澤厚, 山浦淳一, 真木祥千子, 小松徳太郎, Isabelle Maurin, Epiphane Codjovi, Kamel Boukheddaden, 小島憲道
  • 学会等名: 日本物理学会 年次大会
• [学会発表] 超強磁場高周波透過法によるCd2Os2O7の磁場誘起絶縁体金属転移の探索III (2018)
  • 著者名/発表者名: 三田航平, 山浦淳一, 廣瀬陽代, 廣井善二, 松田康弘
  • 学会等名: 日本物理学会 年次大会
• [学会発表] Ba1-xLaxFe2As2薄膜の結晶構造 (2017)
  • 著者名/発表者名: 小林賢介, 中尾朗子, 真木祥千子, 山浦淳一, 片瀬貴義, 佐藤光, 佐賀山基, 熊井玲児, 村上洋一, 平松秀典, 細野秀雄
  • 学会等名: 日本物理学会
  • 発表場所: 大阪大学
  • 年月日: 2017-03-17
• [学会発表] Cd2Re2O7の圧力－温度相図と超伝導 (2017)
  • 著者名/発表者名: 小林達生, 安部大貴, 荒木新吾, 町田洋, 井澤公一, 山浦淳一, 松林康仁, 廣井善二
  • 学会等名: 日本物理学会
  • 発表場所: 大阪大学
  • 年月日: 2017-03-17
• [学会発表] All-In-All-Outパイロクロア磁性体Cd2Os2O7における新奇な電荷スピン交差ダイナミクス (2017)
  • 著者名/発表者名: 幸田章宏, 門野良典, 岡部博孝, 平石雅俊, 竹下聡史, 小嶋健児, 廣瀬陽代, 広井善二, 山浦淳一
  • 学会等名: 日本物理学会
  • 発表場所: 大阪大学
  • 年月日: 2017-03-17
• [学会発表] Noncentrosymmetric parent phase in iron-based superconductor (2017)
  • 著者名/発表者名: Jun-ichi Yamaura
  • 学会等名: J-Physics 2017: International Workshop on Multipole Physics and Related Phenomena
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] 水素置換型鉄系超伝導体REFeAsO1-xHxの圧力下結晶構造 (2016)
  • 著者名/発表者名: 小林賢介, 山浦淳一, 真木祥千子, 岡西洋志, 飯村壮史, 佐賀山基, 熊井玲児, 村上洋一, 松石聡, 細野秀雄
  • 学会等名: 日本物理学会
  • 発表場所: 金沢大学
  • 年月日: 2016-09-13
• [学会発表] Cd2Re2O7の圧力 温度相図 (2016)
  • 著者名/発表者名: 小林達生, 安部大貴, 荒木新吾, 山浦淳一, 松林康仁, 広井善二
  • 学会等名: 日本物理学会
  • 発表場所: 金沢大学
  • 年月日: 2016-09-13
• [備考] 水素誘起の超伝導を水素運動で観る
  • URL: https://www.mces.titech.ac.jp/authors/yamaura/quantumhydrogen.html
• [備考] 鉄系超伝導体における結晶構造との特異な関係を発見
  • URL: http://www.kek.jp/ja/NewsRoom/Release/2016/12/22/pressrelease20161222_2.pdf