鉄系超伝導体におけるコドーピングによるドーパントの秩序化と超伝導転移温度の増強

• 研究課題/領域番号: 23740274
• 研究種目: 若手研究(B)
• 配分区分: 基金
• 研究分野: 物性Ⅱ
• 研究機関: 岡山大学
• 研究代表者: 工藤 一貴 岡山大学, 大学院・自然科学研究科, 助教 (40361175)
• 研究期間 (年度): 2011 – 2012
• 研究課題ステータス: 完了 (2012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); 2012年度: 1,560千円 (直接経費: 1,200千円、間接経費: 360千円); 2011年度: 2,990千円 (直接経費: 2,300千円、間接経費: 690千円)
• キーワード: 高温超伝導 / 鉄系超伝導体 / 新物質開発

研究概要

鉄系超伝導体は、超伝導を発現する2次元 Fe2As2層とスペーサー層が交互に積層した層状構造を持つ。したがって、Fe2As2層の電子状態を最適化する新しいスペーサー層の開発が、より高い転移温度Tcを持つ鉄系超伝導体の実現につながる。これまで報告されたスペーサー層は、全て、イオン結合性の化学結合により構成されていた。本研究では、共有結合性のスペーサー層 PtnAs8を持つ新しい鉄系超伝導体 Ca10(PtnAs8)(Fe2-xPtxAs2)5(n = 3,4)を発見した。n = 3 であるベータ相はTc= 17 K を示す。ベータ相では、スペーサー層において Pt と原子空孔が秩序配列している。Pt と原子空孔の量を調節すると、n = 4 であるアルファ相が生成する。その化合物はTc= 38 K を示す。これらの化合物の発見は、多様なスペーサー層が鉄系超伝導体に入ることを示し、鉄系における物質開発の幅を広げた。

研究成果

• [雑誌論文] Emergence of superconductivity at 45 K by lanthanum and phosphorus co-doping of CaFe2As2 (2013)
  • 著者名/発表者名: K. Kudo, K. Iba, M. Takasuga, Y. Kitahama, J. Matsumura, M. Danura, Y. Nogami, and M. Nohara
  • 雑誌名: Scientific Reports 巻: 3 号: 1
  • DOI: 10.1038/srep01478
  • 査読あり
• [雑誌論文] Giant Phonon Softening and Enhancement of Superconductivity by Phosphorus Doping of BaNi2As2 (2012)
  • 著者名/発表者名: K. Kudo, M. Takasuga, Y. Okamoto, Z. Hiroi, and M. Nohara
  • 雑誌名: Physical Review Letters 巻: 109 号: 9
  • DOI: 10.1103/physrevlett.109.097002
  • 査読あり
• [雑誌論文] Iron-platinum-arsenide superconductors Ca10(PtnAs8)(Fe2-xPtxAs2)5 (2012)
  • 著者名/発表者名: Minoru Nohara, Satomi Kakiya, Kazutaka Kudoa, Yoshihiro Oshiro, Shingo Araki, Tatsuo C.Kobayashi, Kenta Oku, Eiji Nishibori, Hiroshi Sawa
  • 雑誌名: Solid State Communications 巻: 152 号: 8 ページ: 635-639
  • DOI: 10.1016/j.ssc.2011.12.034
  • NAID: 120004873431
  • 査読あり
• [雑誌論文] Breakdown of chemical scaling for Pt-doped CaFe2As2 (2012)
  • 著者名/発表者名: K. Kudo, M. Kobayashi, S. Kakiya, M. Danura, and M. Nohara
  • 雑誌名: Journal of the Physical Society of Japan 巻: 81 号: 3 ページ: 035002-035002
  • DOI: 10.1143/jpsj.81.035002
  • NAID: 210000109461
  • 査読あり
• [雑誌論文] Superconductivity Induced by Bond Breaking in the Triangular Lattice of IrTe2 (2012)
  • 著者名/発表者名: S. Pyon
  • 雑誌名: Journal of the Physical Society of Japan 巻: 81 号: 5 ページ: 053701-053701
  • DOI: 10.1143/jpsj.81.053701
  • 査読あり
• [雑誌論文] Enhanced thermoelectric properties by Ir doping of PtSb2 with pyrite structure (2012)
  • 著者名/発表者名: Y. Nishikubo
  • 雑誌名: Applied Physics Letters 巻: 100 号: 25
  • DOI: 10.1063/1.4729789
  • 査読あり
• [雑誌論文] Orbital Degeneracy, Jahn-Teller Effect, and Superconductivity in Transition-Metal Chalcogenides (2012)
  • 著者名/発表者名: Mizokawa, T et al.
  • 雑誌名: JOURNAL OF SUPERCONDUCTIVITY AND NOVEL MAGNETISM 巻: 25 号: 5 ページ: 1343-1346
  • DOI: 10.1007/s10948-012-1626-x
  • 査読あり
• [雑誌論文] Orbital degeneracy and Peierls instability in the triangular-lattice superconductor Ir1-xPtxTe2 (2012)
  • 著者名/発表者名: Ootsuki, D Wakisaka, Y Pyon, S Kudo, K Nohara, M Arita, M Anzai, H Namatame, H Taniguchi, M Saini, NL Mizokawa, T
  • 雑誌名: PHYSICAL REVIEW B 巻: 86 号: 1 ページ: 1-5
  • DOI: 10.1103/physrevb.86.014519
  • 査読あり
• [雑誌論文] Anisotropic Behavior of Thermal Conductivity in theBose-Einstein Condensed State of the Bond-Alternating Spin-Chain System Pb_2V_3O_9 (2012)
  • 著者名/発表者名: M. Sato, T. Kawamata, K. Naruse, K. Kudo, N. Kobayashi, Y. Koike
  • 雑誌名: Journal of Physics: Conference Series 巻: 400 号: 3 ページ: 032079-032079
  • DOI: 10.1088/1742-6596/400/3/032079
  • 査読あり
• [雑誌論文] Inhomogeneity of superconductivity and stripe correlations at x ~ 0.21 in La2-xSrxCuO4 (2012)
  • 著者名/発表者名: M. Miyazaki
  • 雑誌名: Journal of Physics: Conference Series 巻: 400 号: 2 ページ: 022074-022074
  • DOI: 10.1088/1742-6596/400/2/022074
  • 査読あり
• [雑誌論文] Superconductivity in pseudo-binary silicide SrNixSi2-x with AlB2-type structure (2012)
  • 著者名/発表者名: S. Pyon, K. Kudo, M. Nohara
  • 雑誌名: Journal of Physical Society of Japan 巻: 81 号: 2 ページ: 023702-023702
  • DOI: 10.1143/jpsj.81.023702
  • NAID: 210000109365
  • 査読あり
• [雑誌論文] Interplay of superconductivity and Fermi-liquid transport in Rh-doped CaFe2As2with lattice- collapse transition (2011)
  • 著者名/発表者名: M. Danura, K. Kudo, Y. Oshiro, S. Araki, T. C. Kobayashi, and M. Nohara
  • 雑誌名: Journal of the Physical Society of Japan 巻: 80 号: 10 ページ: 103701-103701
  • DOI: 10.1143/jpsj.80.103701
  • NAID: 40019034048
  • 査読あり
• [雑誌論文] Superconductivity at 38 K in the iron-based compound with platinum-arsenide layers Ca10(Pt4As8)(Fe2-xPtxAs2)5 (2011)
  • 著者名/発表者名: S.Kakiya, K.Kudo, Y.Nishikubo, K.Oku, E.Nishibori, H.Sawa, T.Yamamoto, T.Nozaka, M.Nohara
  • 雑誌名: Journal of the Physical Society of Japan 巻: 80 号: 9 ページ: 093704-093704
  • DOI: 10.1143/jpsj.80.093704
  • NAID: 210000109176
  • 査読あり
• [雑誌論文] Superconductivity in the honeycomb-lattice pnictide SrPtAs (2011)
  • 著者名/発表者名: Y. Nishikubo, K. Kudo, and M. Nohara
  • 雑誌名: Journal of the Physical Society of Japan 巻: 80 号: 5 ページ: 055002-055002
  • DOI: 10.1143/jpsj.80.055002
  • NAID: 210000109028
  • 査読あり
• [雑誌論文] Two Pseudogaps with Different Energy Scales at the Antinode of the High-Temperature Bi2Sr2CuO6Superconductor Using Angle-Resolved Photoemission Spectroscopy (2011)
  • 著者名/発表者名: K. Nakayama, T. Sato, Y.-M. Xu, Z.-H.Pan, P. Richard, H. Ding, H.-H. Wen, K. Kudo, T. Sasaki, N. Kobayashi, and T. Takahashi
  • 雑誌名: Phys. Rev. B 巻: vol. 83 号: 22
  • DOI: 10.1103/physrevb.83.224509
  • 査読あり
• [学会発表] Chemical tuning of soft-phonons and enhancement of superconductivity in BaNi2As2 (2013)
  • 著者名/発表者名: K. Kudo
  • 学会等名: QS2C Theory Forum International Symposium on "Strongly Correlated Quantum Science"
  • 発表場所: Tokyo, Japan
• [学会発表] Chemical tuning of soft-phonons and enhancement of superconductivity in BaNi2As2 (2013)
  • 著者名/発表者名: K. Kudo
  • 学会等名: QS2C Theory Forum International Symposium on “Strongly Correlated Quantum Science”
  • 発表場所: University of Tokyo, Tokyo, Japan
• [学会発表] PtSb2とPtAs2の熱電特性 (2013)
  • 著者名/発表者名: 工藤一貴
  • 学会等名: 日本物理学会第68回年次大会
  • 発表場所: 広島大学（東広島）
• [学会発表] Electronic phase diagram of the iron-based superconductors Ca10(PtnAs8)(Fe2-xPtxAs2)5(n = 3, 4) with novel platinum-arsenide layers (2012)
  • 著者名/発表者名: K. Kudo
  • 学会等名: International Symposium on Physics and Chemistry of Novel Superconductors and Related Materials
  • 発表場所: Okayama, Japan
• [学会発表] Superconductivity in the platinum-based arsenide SrPt2As2with a CaBe2Ge2-type structure (2012)
  • 著者名/発表者名: K. Kudo
  • 学会等名: M2S 2012 Materials & Mechanisms of Superconductivity Conference
  • 発表場所: Washington, D.C., USA
• [学会発表] Electronic phase diagram of the iron-platinum-based superconductors Ca10(Pt4As8)(Fe2-xPtxAs2)5and Ca10(Pt3As8)(Fe2-xPtxAs2)5 (2012)
  • 著者名/発表者名: K. Kudo
  • 学会等名: M2S 2012 Materials & Mechanisms of Superconductivity Conference
  • 発表場所: Washington, D.C., USA
• [学会発表] Interplay of Magnetic Fluctuation and Superconductivity in Ca(Fe1-xTMx)2As2(TM = Ru, Rh) with Lattice Collapse Transition (2012)
  • 著者名/発表者名: K. Kudo
  • 学会等名: 2012 MRS Spring Meeting
  • 発表場所: San Francisco, USA
• [学会発表] Superconductivity at 38 K in Ca10(Pt4As8)(Fe2-xPtxAs2)5with Novel Platinum-Arsenide Layers (2012)
  • 著者名/発表者名: K. Kudo
  • 学会等名: 2012 MRS Spring Meeting
  • 発表場所: San Francisco, USA
• [学会発表] 鉄白金系超伝導体Ca10(Pt4As8)(Fe2-xPtxAs2)5における超伝導転移温度のPt量依存性 (2012)
  • 著者名/発表者名: 垣谷知美
  • 学会等名: 日本物理学会第67回年次大会
  • 発表場所: 関西大学
• [学会発表] Discovery of Iron-Platinum based Arsenide Superconductor with Transition Temperature 38 K (2012)
  • 著者名/発表者名: K. Kudo
  • 学会等名: UK-Japan Meeting 2012 in Tokyo
  • 発表場所: Tokyo, Japan
• [学会発表] Superconductivity at 38 K in Ca10(Pt4As8)(Fe2-xPtxAs2)5 with Novel Platinum-Arsenide Layers (2012)
  • 著者名/発表者名: K. Kudo
  • 学会等名: 2012 MRS Spring Meeting
  • 発表場所: San Francisco, USA
• [学会発表] Interplay of Magnetic Fluctuation and Superconductivity in Ca(Fe1-xTMx)2As2 (TM = Ru, Rh) with Lattice Collapse Transition (2012)
  • 著者名/発表者名: K. Kudo
  • 学会等名: 2012 MRS Spring Meeting
  • 発表場所: San Francisco, USA
• [学会発表] Electronic phase diagram of the iron-platinum-based superconductors Ca10(Pt4As8)(Fe2-xPtxAs2)5 and Ca10(Pt3As8)(Fe2-xPtxAs2)5 (2012)
  • 著者名/発表者名: K. Kudo
  • 学会等名: M2S 2012, Materials & Mechanisms of Superconductivity Conference
  • 発表場所: Washington, D.C., USA
• [学会発表] Superconductivity in the platinum-based arsenide SrPt2As2 with a CaBe2Ge2-type structure (2012)
  • 著者名/発表者名: K. Kudo
  • 学会等名: M2S 2012, Materials & Mechanisms of Superconductivity Conference
  • 発表場所: Washington, D.C., USA
• [学会発表] PドープBaNi2As2におけるフォノンのソフト化と超伝導転移温度の増大 (2012)
  • 著者名/発表者名: 工藤一貴
  • 学会等名: 日本物理学会2012年秋季大会
  • 発表場所: 横浜国立大学（横浜）
• [学会発表] Electronic phase diagram of the iron-based superconductors Ca10(PtnAs8)(Fe2-xPtxAs2)5 (n = 3, 4) with novel platinum-arsenide layers (2012)
  • 著者名/発表者名: K. Kudo
  • 学会等名: International Symposium on Physics and Chemistry of Novel Superconductors and Related Materials
  • 発表場所: Okayama University, Okayama, Japan
• [学会発表] BaNi2As2における巨大な格子のソフト化と超伝導転移温度の増大 (2012)
  • 著者名/発表者名: 工藤一貴
  • 学会等名: ISSPワークショップ「強相関物質開発の最前線」
  • 発表場所: 東京大学物性研究所（柏）
  • 招待講演
• [学会発表] Discovery of Iron-based Arsenide Superconductor with Transition Temperature 38 K (2012)
  • 著者名/発表者名: K. Kudo, S. Kakiya, Y. Nishikubo, K. Oku, E. Nishibori, H. Sawa, T. Yamamoto, T. Nozaka, M. Nohara
  • 学会等名: UK-Japan Meeting 2012 in Tokyo
  • 発表場所: Tokyo, Japan
• [学会発表] IrドープCaFe2As2の電子相図 (2012)
  • 著者名/発表者名: 工藤一貴，光岡大輔，高須賀政哉，松村純一，小林正和，檀浦匡隆，野原実
  • 学会等名: 日本物理学会第67回年次大会
  • 発表場所: 関西大学
• [学会発表] 転移温度38Kを示す鉄白金系高温超伝導体の発見 (2011)
  • 著者名/発表者名: 工藤一貴
  • 学会等名: 「対称性の破れた凝縮系におけるトポロジカル量子現象」第2回 領域研究会
  • 発表場所: 岡山大学
• [学会発表] Interplay of superconductivity and magnetic fluctuation in doped CaFe2As2with lattice collapse transition (2011)
  • 著者名/発表者名: K. Kudo
  • 学会等名: International Conference on Novel Superconductivity in Taiwan
  • 発表場所: Tainan, Taiwan
• [学会発表] Interplay of superconductivity and magnetic fluctuation in doped CaFe2As2 with lattice collapse transition (2011)
  • 著者名/発表者名: K. Kudo, M. Danura, Y. Oshiro, S. Araki, T. C. Kobayashi, M. Nohara
  • 学会等名: International Conference on Novel Superconductivity in Taiwan
  • 発表場所: Tainan, Taiwan
• [学会発表] SrPt2As2におけるCDW転移と超伝導 (2011)
  • 著者名/発表者名: 工藤一貴，西窪義博，野原実
  • 学会等名: 日本物理学会 2011 年秋季大会
  • 発表場所: 富山大学
• [学会発表] 構造相転移の抑制によって発現するBaNi2As2の超伝導 (2011)
  • 著者名/発表者名: 工藤一貴，高須賀政哉，檀浦匡隆，小林正和，卞舜生，岡本佳比古，広井善二，野原実
  • 学会等名: 「対称性の破れた凝縮系におけるトポロジカル量子現象」第２回領域研究会
  • 発表場所: 岡山大学
• [学会発表] 転移温度38Kを示す鉄白金系高温超伝導体の発見 (2011)
  • 著者名/発表者名: 工藤一貴，垣谷知美，西窪義博，奥健太，西堀英治，澤博，山本剛久，野坂俊夫，野原実
  • 学会等名: 「対称性の破れた凝縮系におけるトポロジカル量子現象」第２回領域研究会
  • 発表場所: 岡山大学
• [備考] 2013年3月29日, 日刊工業新聞, 岡山大、鉄系物質で超電導転移温度を絶対温度45度に、5年ぶり最高値更新
• [備考] 2013年3月27日, 日経産業新聞, 安価な鉄で超電導物質 岡山大、加工容易な結晶
• [備考] 2012年11月9日, 山陽新聞, 電気抵抗ゼロ 高い移行温度 化合物軟化に成功
• [備考] 2012年10月1日, 日刊工業新聞, 岡山大など、ニッケル化合物がリン混合で転移温度5倍以上に上昇することを発見
• [備考] 2012年9月27日, 日経産業新聞, 臨界温度高める新手法 岡山大など 超電導材料、軟らかく
• [備考] 2011年10月7日, 科学新聞, 世界一複雑な原子配列を持つ高温超伝導体 岡山大、名大、東大の研究グループ発見
• [備考] 2011年9月26日, 日経産業新聞, 超電導物質 新しい鉄系発見 岡山大
• [備考]
  • URL: http://www.okayama-u.ac.jp/up_load_files/soumu-pdf/press23/press-110915-4.pdf
• [備考]
  • URL: http://www.okayama-u.ac.jp/up_load_files/soumu-pdf/press24/press-0920-7.pdf
• [備考]
  • URL: http://www.okayama-u.ac.jp/up_load_files/soumu-pdf/press24/press-0322-3.pdf
• [備考] 鉄系超伝導基本物質の臨界温度で世界記録更新
  • URL: http://www.okayama-u.ac.jp/up_load_files/soumu-pdf/press24/press-0322-3.pdf
• [備考] 高温超電導実現条件を実証
  • URL: http://www.okayama-u.ac.jp/up_load_files/soumu-pdf/press24/press-0920-7.pdf
• [備考]
  • URL: http://www.okayama-u.ac.jp/up_load_files/soumu-pdf/press23/press-110915-4.pdf