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2011 年度 実績報告書

多層系高温超伝導体の角度分解光電子分光による研究

研究課題

研究課題/領域番号 10J01190
研究機関東京大学

研究代表者

出田 真一郎  東京大学, 大学院・理学系研究科, 特別研究員(DC2)

キーワード銅酸化物高温超伝導体 / 鉄系高温超伝導体 / 角度分解光電子分光 / 電子構造 / 超伝導ギャップ / 擬ギャップ / フェルミアーク / 不純ドープ型BaFe_2As_2
研究概要

高温超伝導体の基礎研究において究極の目的は、超伝導機構を解明し、室温超伝導を実現することである。現時点で、超伝導転移温度T_cの最高記録は高圧下のHg系銅酸化物高温超伝導体でT_c~169Kを達成し、近年発見された鉄系高温超伝導体では、Tc~55Kが報告されている。しかしながら、更に高い君を実現するためには、物質設計の指針が必要であり、微視的な超伝導機構の解明が強く望まれる。
銅酸化物高温超伝導体では、CuO_2面の枚数の増加とT_cとの関連を明らかにするために、3枚のCuO_2面をもち、高いT_c(~110K)を示すBi系銅酸化物高温超伝導体Bi2223の電子構造を、角度分解光電子分光(ARPEs)を用いて詳細に調べた。Bi2223では、超伝導状態と、常伝導状態で観測されたエネルギーギャップ、及びエネルギーギャップの存在しない波数領域(フェルミアーク領域)の間に関係を見出だし、Tcを決定する重要な秩序パラメータを見出だした。その結果は、論文にまとめられ、Physical Review Bに受理された。
鉄系高温超伝導体では、母物質BaFe_2As_2のFeサイトにNi,Cu,Znを不純物ドープした、電子ドープ型鉄系超伝導体の電子構造を、ARPESを用いて観測し、不純物ドープが超伝導に与える影響について詳細に調べた。一般に電子ドープ型鉄系超伝導体は、電子がFeAs層にドープされることにより、電子フェルミ面の体積は大きくなる一方で、ホール面のそれは小さくなると予想されるが、CuをドープしたBaFe_2As_2の電子フェルミ面の体積はCuの量に関わらずほとんど変化しなかった。ZnをドープしたBaFe_2As_2では、母物質で観測されている反強磁性秩序によるブリルアンゾーンの折りたたみによるバンド分散の折り返し構造が明瞭に観測され、またホール面、電子面が観測された。このことは、不純物置換によりドープされた電子の振る舞いを理解するための、重要な知見を得たと考えられる。

現在までの達成度 (区分)
現在までの達成度 (区分)

2: おおむね順調に進展している

理由

銅酸化物超伝導体では、超伝導ギャップとフェルミアークの関係を調べた研究成果を論文として発表できた。鉄系超伝導体では、不純物ドープ型鉄系超伝導体を系統的に測定し、その結果を現在論文にまとめている。

今後の研究の推進方策

銅酸化物超伝導体では、CuO_2面を3枚もつBi2223の電子構造において観測されている特徴的な電子構造の機構を解明する。また、CuO_2面が1枚にも関わらずT_cが非常に高いHg系銅酸化物超伝導の電子構造の解明に取り掛かる。
鉄系超伝導体では、CoドープしたBaFe_2As_2でCoが過剰にドープされた領域で超伝導ギャップにノードが存在するという結果が報告されているが、角度分解光電子分光による直接的な観測結果はまだない。今後の方策として、ギャップの異方性を決定することを目的にする。

  • 研究成果

    (8件)

すべて 2012 2011 その他

すべて 雑誌論文 (3件) (うち査読あり 3件) 学会発表 (4件) 備考 (1件)

  • [雑誌論文] Energy scale directly related to superconductivity in high-T_c cuprates : Universality from the temperature-dependent angle-resolved photoemission of Bi_2Sr_2Ca_2Cu_3O_<10+δ>2012

    • 著者名/発表者名
      S.Ideta, T.Yoshida, A.Fujimori, H.Anzai, T.Fujita, A.Ino, M.Arita, H.Namatame, M.Taniguchi, Z.-X.Shen, K.Takashima, K.Kojima, S.Uchida
    • 雑誌名

      Physical Review B

      巻: 85 ページ: 104515-1-104515-5

    • DOI

      10.1103/PhysRevB.85.104515

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Two-and Three-Dimensional Fermi Surfaces and their Nesting Properties in Superconducting BaFe_2(As_<1-x>P_x)_22011

    • 著者名/発表者名
      T.Yoshida, I.Nishi, S.Ideta, A.Fujimori, M.Kubota, K.Ono, S.Kasahara, T.Shibauchi, T.Terashima, Y.Matsuda, H.Ikeda, R.Arita
    • 雑誌名

      Physical Review Letters

      巻: 106 ページ: 117001-1-117001-4

    • DOI

      10.1103/PhysRevLett.106.117001

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Angle-resolved photoemission spectroscopy study of PrFeAsO_<0.7> : Comparison with LaFePO2011

    • 著者名/発表者名
      I.Nishi, M.Ishikado, S.Ideta, W.Malaeb, T.Yoshida, A.Fujimori, Y.Kotani, M.Kubota, K.Ono, M.Yi, D.H.Lu, R.Moore, Z.-X.Shen, A.Iyo, K.Kihou, H.Kito, H.Eisaki, S.Shamoto, R.Arita
    • 雑誌名

      Physical Review B

      巻: 84 ページ: 014504-1-014504-5

    • DOI

      10.1103/PhysRevB.84.014504

    • 査読あり
  • [学会発表] 電子ドープ型鉄系超伝導体Ba(Fe_<1-x>Zn_x)_2As_2におけるリジッドバンドシフトの破れ2012

    • 著者名/発表者名
      出田真一郎
    • 学会等名
      日本物理学会第67回年次大会
    • 発表場所
      関西学院大学(兵庫県)
    • 年月日
      20120324-20120327
  • [学会発表] Anisotropy of the Superconducting Gap in BaFe_2(As_<1-x>P_x)_22012

    • 著者名/発表者名
      出田真一郎
    • 学会等名
      The 16th Hiroshima International Symposium on Synchrotron Radiation
    • 発表場所
      広島大学(広島県)
    • 年月日
      20120301-20120302
  • [学会発表] 電子ドープ型鉄系超伝導体Ba(Fe_<1-x>T_x)_2As_2(T=Ni,Cu,Zn)のFeサイト置換効果2012

    • 著者名/発表者名
      出田真一郎
    • 学会等名
      第29回PFシンポジウム
    • 発表場所
      つくば国際会議場(茨城県)
    • 年月日
      20120115-20120116
  • [学会発表] Anomalous Kink Energy scales in the Tri-layer High-T_c Cuprate Superconductor Bi_2Sr_2Ca_2Cu_3O_<10+δ> observed by ARPES2011

    • 著者名/発表者名
      出田真一郎
    • 学会等名
      International Workshop on Strong Correlations and Angle-Resolved Photoemission Spectroscopy
    • 発表場所
      Berkeley, California, USA
    • 年月日
      20110718-20110722
  • [備考]

    • URL

      https://sites.google.com/site/shinichiroidetahome/

URL: 

公開日: 2013-06-26  

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