角度分解光電子分光による電子ドープ系銅酸化物高温超伝導体の研究

2014 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 14J09200
• 研究機関: 東京大学
• 研究代表者: 堀尾 眞史 東京大学, 理学系研究科, 特別研究員(DC1)
• 研究期間 (年度): 2014-04-25 – 2017-03-31
• キーワード: 銅酸化物高温超伝導体 / 光電子分光 / 分子線エピタキシー(MBE)法

研究実績の概要

銅酸化物高温超伝導体は、母物質である反強磁性絶縁体にホールまたは電子をドープすることで高温超伝導が発現すると考えられてきたが、近年、電子ドープ型銅酸化物高温超伝導体の薄膜試料では母物質でも超伝導が発現することが報告された。試料合成後に不純物酸素を取り除く目的で行われるアニールの手法を改良することによって、母物質の薄膜試料で超伝導が得られるようになったほか、体積の大きな単結晶試料でも非常に小さな電子ドープ量で超伝導が発現するようになるということが報告されている。
今年度は、電子ドープ型銅酸化物高温超伝導体Pr1.3-xLa0.7CexCuO4(x=0.10)の単結晶についてARPES測定を行い、得られたスペクトルから電子の散乱確率を求めた。モデルを設定して散乱確率の数値計算を行い、それを実験結果と比較することで、十分にアニールされた試料では反強磁性相関が強く抑制されていることを明らかにした(M. Horio et al., arXiv: 1502.03395)。
また、2014年9月から半年間NTT物性科学基礎研究所に滞在し、電子ドープ型銅酸化物高温超伝導体の母物質Pr2CuO4の薄膜試料の合成を行った。様々な基板上での成長を系統的に行った結果、GdScO3基板上ではPr2CuO4が高温でも安定して成長することを見出した。さらに、高温かつ低酸素分圧下でGdScO3基板上に薄膜成長を行うことで成長時に試料に入る不純物酸素量を低減させた結果、アニールを経ずに超伝導を発現する母物質Pr2CuO4を得ることに成功し、超伝導が電子ドープには依らないことを示唆する結果が得られた(Y. Krockenberger, M. Horio et al., accepted to Applied Physics Express)。

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

電子ドープ系超伝導体の角度分解光電子分光のデータの詳細な解析を数値計算と比較することで、物質中の反強磁性相関の定量的な評価に成功した。主張を数値計算によって補強し、目標としていた論文投稿を果たすことができた。
また、薄膜試料の合成技術を習得できたことも研究計画における大きな進展である。既にに新しいノンドープ超伝導体の薄膜試料作製に成功して論文を投稿することができており、研究は当初の計画通り順調に進んでいるといえる。

今後の研究の推進方策

電子ドープ型銅酸化物高温超伝導体の単結晶試料については、より低電子ドープ量の試料を系統的に光電子分光で測定して電子状態の変化を調べる。
薄膜試料については、自分で合成した母物質超伝導試料の光電子分光測定を行い、超伝導状態にある母物質の電子状態を明らかにする。
以上の単結晶試料、薄膜試料についての測定を総合し、電子ドープ型銅酸化物高温超伝導体の高温超伝導の性質を明らかにする。

研究成果

• [雑誌論文] Suppression of the antiferromagnetic pseudogap in the electron-doped high-temperature superconductor by “protect annealing” (2015)
  • 著者名/発表者名: M. Horio, T. Adachi, Y. Mori, A. Takahashi, T. Yoshida, H. Suzuki, L. C. C. Ambolode Ⅱ, K. Okazaki, K. Ono, H. Kumigashira, H. Anzai, M. Arita, H. Namatame, M. Taniguchi, D. Ootsuki, K. Sawada, M. Takahashi, T. Mizokawa, Y. Koike, and A. Fujimori
  • 雑誌名: arXiv 巻: 1502.03395 ページ: 1-23
  • オープンアクセス
• [雑誌論文] As-grown superconducting Pr2CuO4 under thermodynamic constraints (2015)
  • 著者名/発表者名: Y. Krockenberger*, M. Horio*, H. Irie, A. Fujimori, and H. Yamamoto (*Contributed equally to this work)
  • 雑誌名: Applied Physics Express 巻: 未定 ページ: 未定
  • 査読あり
• [雑誌論文] Spectromicroscopy of electronic phase separation in KxFe2-ySe2 superconductor (2014)
  • 著者名/発表者名: M. Bendele, A. Barinov, B. Joseph, D. Innocenti, A. Iadecola, A. Bianconi, H. Takeya, Y. Mizuguchi, Y. Takano, T. Noji, T. Hatakeda, Y. Koike, M. Horio, A. Fujimori, D. Ootsuki, T. Mizokawa, and N. L. Saini
  • 雑誌名: Scientific Reports 巻: 4 ページ: 1-5
  • DOI: 10.1038/srep05592
  • 査読あり
• [学会発表] 強磁性と超伝導が共存するSr2VFeAsO3-dのARPESと内殻分光Ⅱ (2015)
  • 著者名/発表者名: M. Horio, T. Katagiri, H. Namiki, K. Okazaki, H. Suzuki, J. Xu, K. Koshiishi, K. Ishigami, G. Shibata, Y. Takahashi, S. Sakamoto, Y. Nonaka, K. Ono, K. Horiba, M. Kobayashi, M. Minohara, E. Sakai, T. Koide, H. Kumigashira, T. Sasagawa, and A. Fujimori
  • 学会等名: 日本物理学会第70回年次大会
  • 発表場所: 早稲田大学
  • 年月日: 2015-03-21 – 2015-03-21
• [学会発表] プロテクト・アニール”による電子ドープ型銅酸化物高温超伝導体の反強磁性擬ギャップの抑制 (2015)
  • 著者名/発表者名: M. Horio, T. Adachi, Y. Mori, A. Takahashi, T. Yoshida, H. Suzuki, L. C. C. Ambolode Ⅱ, K. Okazaki, K. Ono, H. Kumigashira, H. Anzai, M. Arita, H. Namatame, M. Taniguchi, D. Ootsuki, K. Sawada, M. Takahashi, T. Mizokawa, Y. Koike, and A. Fujimori
  • 学会等名: ISSPワークショップ「SPring-8 BL07LSUの現状と新たな高原に向けた取り組み」
  • 発表場所: 東京大学物性研究所
  • 年月日: 2015-03-05 – 2015-03-05
• [学会発表] ARPES and core-level spectroscopies of the coexistence of ferromagnetism and superconductivity in Sr2VFeAsO3-d (2014)
  • 著者名/発表者名: M. Horio, T. Katagiri, H. Namiki, K. Okazaki, H. Suzuki, J. Xu, K. Koshiishi, K. Ishigami, G. Shibata, Y. Takahashi, S. Sakamoto, Y. Nonaka, K. Ono, K. Horiba, M. Kobayashi, M. Minohara, E. Sakai, T. Koide, H. Kumigashira, T. Sasagawa, and A. Fujimori
  • 学会等名: International school: Multi-condensates superconductivity 2014
  • 発表場所: Erice, Italy
  • 年月日: 2014-07-19 – 2014-07-25