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梯子型銅酸化物におけるストライプ型反強磁性秩序を起源とする新しい超伝導体の開発

研究課題

研究課題/領域番号 18K03531
研究種目

基盤研究(C)

配分区分基金
応募区分一般
審査区分 小区分13030:磁性、超伝導および強相関系関連
研究機関東北大学

研究代表者

今井 良宗  東北大学, 理学研究科, 准教授 (30435599)

研究期間 (年度) 2018-04-01 – 2021-03-31
研究課題ステータス 完了 (2020年度)
配分額 *注記
4,420千円 (直接経費: 3,400千円、間接経費: 1,020千円)
2020年度: 910千円 (直接経費: 700千円、間接経費: 210千円)
2019年度: 910千円 (直接経費: 700千円、間接経費: 210千円)
2018年度: 2,600千円 (直接経費: 2,000千円、間接経費: 600千円)
キーワード銅酸化物超伝導体 / 鉄系超伝導体 / 高圧合成 / 銅酸化物高温超伝導体 / スピン梯子構造 / ストライプ型反強磁性 / 低温物性
研究成果の概要

本研究では,2本足梯子構造を持つ銅酸化物ACu2O3の電子物性に関する研究を行なった.高圧合成法を用いて,MgをLiで置換したMg1-xLixCu2O3を作製する手法を確立し,Liの固溶限界をx = 0.12からx = 0.60まで大幅に拡大することに成功した.Li置換によってホールをドープすると,電子比熱の有限な寄与が現れるにも関わらず,電気抵抗率の温度依存性は絶縁体的であるという特異な振る舞いが現れることを見出した.これは,原子サイトの化学的な乱れによるものであり,Cu2O3梯子面内に非磁性イオンが導入され,ドープされたホールキャリアが局在化することに起因するものであることを突き止めた.

研究成果の学術的意義や社会的意義

鉄系梯子型超伝導体と全く同じストライプ型反強磁性秩序を示す屈曲した梯子面を有する銅酸化物に関する研究を行なった.その結果,試料作製技術に関して,高圧合成法を用いることによって,従来困難であった高いホール濃度を実現する手法を確立した.また,広いホール濃度にわたって系統的な物性測定を実施したことによって,屈曲した梯子面を有する銅酸化物の電子状態に関する知見を得た.特に,原子サイトの乱れによって,ドープしたホールキャリアが局在化しており,この物質の電子状態に大きな影響を与えていることを明らかにした.

報告書

(4件)
  • 2020 実績報告書   研究成果報告書 ( PDF )
  • 2019 実施状況報告書
  • 2018 実施状況報告書
  • 研究成果

    (27件)

すべて 2021 2020 2019

すべて 雑誌論文 (3件) (うち国際共著 1件、 査読あり 3件) 学会発表 (24件) (うち国際学会 1件、 招待講演 1件)

  • [雑誌論文] High-pressure synthesis of heavily hole-doped cuprates Mg1?xLixCu2O3 with quasi-one-dimensional structure2020

    • 著者名/発表者名
      Imai Yoshinori、Sasaki Koya、Aoyama Takuya、Shirasaki Kenji、Yamamura Tomoo、Ohgushi Kenya
    • 雑誌名

      Physical Review B

      巻: 101 号: 24 ページ: 245112-245112

    • DOI

      10.1103/physrevb.101.245112

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Structural, electrical, magnetic, and optical properties of iron-based ladder compounds BaFe2(S1?xSex)32020

    • 著者名/発表者名
      Imaizumi Satoshi、Aoyama Takuya、Kimura Ryota、Sasaki Koya、Nambu Yusuke、Avdeev Maxim、Hirata Yasuyuki、Ikemoto Yuka、Moriwaki Taro、Imai Yoshinori、Ohgushi Kenya
    • 雑誌名

      Physical Review B

      巻: 102 号: 3 ページ: 035104-035104

    • DOI

      10.1103/physrevb.102.035104

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Hydrated lithium intercalation into the Kitaev spin liquid candidate material α?RuCl32019

    • 著者名/発表者名
      Imai Yoshinori、Konno Katsuya、Hasegawa Yoshinao、Aoyama Takuya、Ohgushi Kenya
    • 雑誌名

      Physical Review B

      巻: 99 号: 24 ページ: 1-7

    • DOI

      10.1103/physrevb.99.245141

    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書
    • 査読あり
  • [学会発表] キタエフスピン液体候補物質α-RuCl3における超高速スピンダイナミクス III2021

    • 著者名/発表者名
      天野辰哉, 大橋拓純, 川上洋平, 伊藤弘毅, 今野克哉, 青山拓也, 今井良宗, 大串研也, 若林裕助, 後藤貫太, 中村優斗, 岸田英夫, 米満賢治, 岩井伸一郎
    • 学会等名
      日本物理学会第76回年次大会
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
  • [学会発表] 層状ハニカム構造を有する半金属RuI3の結晶構造と物性2021

    • 著者名/発表者名
      那波和宏, 今井良宗, 藤原秀行, 髙橋遼太郎, 萩原雅人, 鳥居周輝, 奥山大輔, 平岡巧, 山田和奏, 青山拓也, 後藤弘匡, 大串研也, 佐藤卓
    • 学会等名
      日本物理学会第76回年次大会
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
  • [学会発表] Kitaevスピン液体候補物質RuX3 (X = Cl, Br, I)の配位子置換効果2021

    • 著者名/発表者名
      藤原秀行, 今井良宗, 山田和奏, 平岡巧, 青山拓也, 髙橋遼太郎, 那波和宏, 萩原雅人, 奥山大輔, 鳥居周輝, 川股隆行, 後藤弘匡, 加藤雅恒, 佐藤卓, 大串研也
    • 学会等名
      日本物理学会第76回年次大会
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
  • [学会発表] α-RuX3(X=Br,I)における核四重極共鳴およびゼロ磁場NMR2021

    • 著者名/発表者名
      清水康弘, 大橋尚将, 伊藤正行, 山田和奏, 藤原秀行, 今井良宗, 大串研也
    • 学会等名
      日本物理学会第76回年次大会
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
  • [学会発表] 単結晶BaFe2X3(X=S, Se)の57Fe核共鳴前方散乱法による研究2021

    • 著者名/発表者名
      神田智弘, 池田修悟, 永澤延元, 今泉聖司, 青山拓也, 今井良宗, 大串研也, 小林寿夫
    • 学会等名
      日本物理学会第76回年次大会
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
  • [学会発表] 梯子型鉄系化合物 BaFe2(S1-xSex)3 における圧力下電気抵抗測定-II2020

    • 著者名/発表者名
      野島綸斗, 青山拓也, 今井良宗, 大串研也
    • 学会等名
      日本物理学会2020年秋季大会
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
  • [学会発表] ハニカム格子磁性体RuCl3の光電子分光2020

    • 著者名/発表者名
      角田卓弥, 島岩泰暉, 溝川貴司, 今野克哉, 青山拓也, 今井良宗, 大串研也, N. Saini
    • 学会等名
      日本物理学会2020年秋季大会
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
  • [学会発表] Kitaevスピン液体候補物質ルテニウムハライドの高圧合成2020

    • 著者名/発表者名
      今井良宗, 山田和奏, 藤原秀行, 青山拓也, 髙橋遼太郎, 那波和宏, 萩原雅人, 奥山大輔, 鳥居周輝, 川股隆行, 後藤弘匡, 加藤雅恒, 佐藤卓, 大串研也
    • 学会等名
      日本物理学会2020年秋季大会
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
  • [学会発表] Kitaev模型候補物質ルテニウムハライドの結晶構造と磁気構造2020

    • 著者名/発表者名
      高橋遼太郎, 那波和宏, 萩原雅人, 奥山大輔, 鳥居周輝, 今井良宗, 山田和奏, 藤原秀行, 青山拓也, 後藤弘匡, 大串研也, 佐藤卓
    • 学会等名
      日本物理学会2020年秋季大会
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
  • [学会発表] 新しいキタエフスピン液体候補物質ルテニウムハライドの高圧合成2020

    • 著者名/発表者名
      今井良宗
    • 学会等名
      新学術領域研究「量子液晶の物性科学」 量子物質開発フォーラム
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
  • [学会発表] 梯子型鉄系化合物 BaFe2X3 (X = S および Se) における圧力誘起軌道スイッチング2020

    • 著者名/発表者名
      青山拓也, 野島綸人, 山内徹, 今井良宗, 大串研也
    • 学会等名
      第61回高圧討論会
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
  • [学会発表] Ligand substitution effect of Kitaev-spin liquid candidate materials RuX3 (X=Cl, Br, and I)2020

    • 著者名/発表者名
      H. Fujihara, Y. Imai, W. Yamada, T. Aoyama, R. Takahashi, K. Nawa, M. Hagihala, D. Okuyama, S. Torii, T.Kawamata, H. Gotou, M.Kato, T. J. Sato, K.Ohgushi
    • 学会等名
      令和2年度 新学術領域研究「量子液晶の物性科学」領域研究会
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
  • [学会発表] Pressure-induced orbital switching in iron-based ladder material BaFe2(S1-xSex)32020

    • 著者名/発表者名
      Takuya Aoyama, Rinto Nojima, Yoshinori Imai, and Kenya Ohgushi
    • 学会等名
      令和2年度 新学術領域研究「量子液晶の物性科学」領域研究会
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
  • [学会発表] Alkali metal intercalation effect on a Kitaev spin liquid candidate material α-RuCl32020

    • 著者名/発表者名
      Katsuya Konno, Yoshinori Imai, Yoshinao Hasegawa, Takuya Aoyama, Kenya Ohgushi
    • 学会等名
      GP-Spin Student Organized Seminar 2020
    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書
  • [学会発表] キタエフスピン液体候補物質α-RuCl3における超高速スピンダイナミクス II2020

    • 著者名/発表者名
      天野辰哉, 赤嶺勇人, 大橋拓純, 川上洋平, 伊藤弘毅, 今野克哉, 長谷川慶直, 佐々木宏也, 青山拓也, 今井良宗, 大串研也, 若林裕助, 米満賢治, 岩井伸一郎
    • 学会等名
      日本物理学会第75回年次大会
    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書
  • [学会発表] アルカリ金属インターカレーション化合物AxRuCl3・yH2O(A = Li, K, Rb)の合成と物性2020

    • 著者名/発表者名
      今野克哉, 今井良宗, 大串研也
    • 学会等名
      日本物理学会第75回年次大会
    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書
  • [学会発表] 梯子型鉄系化合物BaFe2(S1-xSex)3における圧力下電気抵抗測定2020

    • 著者名/発表者名
      野島綸斗, 青山拓也, 今井良宗, 大串研也
    • 学会等名
      日本物理学会第75回年次大会
    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書
  • [学会発表] Kitaevスピン液体候補物質α-RuCl3へのアルカリ金属インターカレーション2019

    • 著者名/発表者名
      今野克哉, 今井良宗, 長谷川慶直, 青山拓也, 大串研也
    • 学会等名
      第4回固体化学フォーラム
    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書
  • [学会発表] キタエフスピン液体候補物質α-RuCl3における超高速スピンダイナミクス2019

    • 著者名/発表者名
      天野辰哉, 赤嶺勇人, 大橋拓純, 川上洋平, 伊藤弘毅, 長谷川慶直, 佐々木宏也, 青山拓也, 今井良宗, 大串研也, 岩井伸一郎
    • 学会等名
      日本物理学会2019年秋季大会
    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書
  • [学会発表] RuCl3のスピン軌道結合状態2019

    • 著者名/発表者名
      角田卓弥, 島岩泰暉, 溝川貴司, 今野克哉, 青山拓也, 今井良宗, 大串研也, N. Saini
    • 学会等名
      日本物理学会2019年秋季大会
    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書
  • [学会発表] Hydrated alkali metal intercalation into Kitaev spin liquid candidate material α-RuCl32019

    • 著者名/発表者名
      Yoshinori Imai
    • 学会等名
      AIMR Workshop on Quantum Materials and Spintronics: Spin, Topology and Superconductivity
    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] 空間反転対称性の破れた磁性体Ba1-xKxMn2As2の磁気輸送現象2019

    • 著者名/発表者名
      工藤真裕, 江見知俊, 青山拓也, 今井良宗, 木村尚次郎, 大串研也
    • 学会等名
      日本物理学会第74回年次大会
    • 関連する報告書
      2018 実施状況報告書
  • [学会発表] Kitaevスピン液体候補物質α-RuCl3へのアルカリ金属インターカレーション2019

    • 著者名/発表者名
      今野克哉, 今井良宗, 大串研也
    • 学会等名
      日本物理学会第74回年次大会
    • 関連する報告書
      2018 実施状況報告書
  • [学会発表] 擬一次元梯子型鉄系化合物BaFe2(Se1-xSx)3 の赤外分光2019

    • 著者名/発表者名
      木村遼太, 今泉聖司, 佐々木宏也, 池本夕佳, 森脇太郎, 青山拓也, 今井良宗, 大串研也
    • 学会等名
      日本物理学会第74回年次大会
    • 関連する報告書
      2018 実施状況報告書

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公開日: 2018-04-23   更新日: 2022-01-27  

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