スピン熱伝導現象を利用した高熱伝導物質の開拓と機構解明

2018 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 16K06716
• 研究機関: 東北大学
• 研究代表者: 川股 隆行 東北大学, 工学研究科, 助教 (00431601)
• 研究期間 (年度): 2016-04-01 – 2019-03-31
• キーワード: スピンによる熱伝導 / 低次元スピン系 / 鉄酸化物 / 単結晶育成

研究実績の概要

低次元量子スピン系の物質では、局在スピンが大きな熱を運ぶことが分かってきており、絶縁性の高熱伝導材料への応用が期待されている。本研究は、2次元スピン系の遷移金属酸塩化物や酸化物に注目し、その大型単結晶を育成して熱伝導を測定することによって、（目的Ⅰ）高スピン熱伝導「室温で50W/Km」を有する物質を創製すること、（目的Ⅱ）高スピン熱伝導の機構「スピン量子数Sとスピン熱伝導の大きさの関係」を解明することを目的としている。今年度は、LaSrFeO4に対して研究を行った。
LaSrFeO4はFeO2面を持ち、FeイオンのS=5/2スピンからなる２次元スピン正方格子が形成されている。LaSrFeO4の単結晶を浮遊帯域法で育成し、得られた単結晶の熱伝導率を測定した。その結果、FeO2面に垂直方向は、20K付近にフォノンによる熱伝導の寄与であるブロードなピークのみが観測され、FeO2面に平行方向では、110 Kに大きなピークが観測された。そして、不純物置換効果や磁場効果の結果から、この110Kのピークがスピンによる熱伝導の寄与であることがわかった。世界で初めて、S=5/2の２次元スピン系で大きなスピンによる熱伝導の観測に成功した。
LaSrFeO4では、スピンによる熱伝導は、110Kの低温でピークを示した。これは、S=1/2の２次元スピン系La2CuO4の300Ｋと比べて低温である。この理由は、LaSrFeO4の再隣接スピン間の交換相互作用Jが小さいためと考えられる。しかし、スピンによる熱伝導の大きさは12W/Kmであり、S=1/2の２次元スピン系で観測されている値と同程度であった。これは、2次元スピン系におけるスピンによる熱伝導の大きさは、Sに依存しない可能性がある。このようなスピンによる熱伝導機構を明らかにするためには、異なるSの値を持つ物質による熱伝導率の測定が必要である。

研究成果

• [雑誌論文] New ethylenediamine-intercalated superconductor (C2H8N2) y Ta2PdSe6 with T c = 4.5 K (2018)
  • 著者名/発表者名: Nakamura S.、Noji T.、Hatakeda T.、Sato K.、Kawamata T.、Kato M.、Koike Y.
  • 雑誌名: Journal of Physics: Conference Series 巻: 969 ページ: 012076～012076
  • DOI: 10.1088/1742-6596/969/1/012076
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Superconductivity in Lithium- and Diamines-Intercalated TiSe2 and MoSe2 (2018)
  • 著者名/発表者名: Sato K.、Noji T.、Hatakeda T.、Kawamata T.、Kato M.、Koike Y.
  • 雑誌名: Journal of Physics: Conference Series 巻: 969 ページ: 012077～012077
  • DOI: 10.1088/1742-6596/969/1/012077
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] New Lithium- and Diamine-Intercalated Superconductors Lix(CnH2n+4N2)yMoSe2 (\(n = 2,6\)) (2018)
  • 著者名/発表者名: Sato Kazuki、Noji Takashi、Hatakeda Takehiro、Kawamata Takayuki、Kato Masatsune、Koike Yoji
  • 雑誌名: Journal of the Physical Society of Japan 巻: 87 ページ: 054704～054704
  • DOI: 10.7566/JPSJ.87.054704
  • 査読あり
• [雑誌論文] Generation of spin currents from one-dimensional quantum spin liquid (2018)
  • 著者名/発表者名: Hirobe Daichi、Kawamata Takayuki、Oyanagi Koichi、Koike Yoji、Saitoh Eiji
  • 雑誌名: Journal of Applied Physics 巻: 123 ページ: 123903～123903
  • DOI: 10.1063/1.5021022
  • 査読あり
• [雑誌論文] Superconductivity in BaPtSb with an Ordered Honeycomb Network (2018)
  • 著者名/発表者名: Kudo Kazutaka、Saito Yuki、Takeuchi Takaaki、Ayukawa Shin-ya、Kawamata Takayuki、Nakamura Shinichiro、Koike Yoji、Nohara Minoru
  • 雑誌名: Journal of the Physical Society of Japan 巻: 87 ページ: 063702～063702
  • DOI: 10.7566/JPSJ.87.063702
  • 査読あり
• [雑誌論文] Thermal Conductivity due to Spins in the Frustrated Two-Leg Spin Ladder System BiCu2PO6 (2018)
  • 著者名/発表者名: Kawamata Takayuki、Nagasawa Hideki、Naruse Koki、Ohno Masumi、Matsuoka Yoshiharu、Hagiya Yuta、Fujita Masaki、Sasaki Takahiko、Koike Yoji
  • 雑誌名: Journal of the Physical Society of Japan 巻: 87 ページ: 074702～074702
  • DOI: 10.7566/JPSJ.87.074702
  • 査読あり
• [雑誌論文] Superconductivity above 100 K in the Bi-2212 phase of (Bi,Pb)2Sr2CaCu2O8 (2018)
  • 著者名/発表者名: Sugawara K、Sugimoto C、Luo T、Kawamata T、Noji T、Kato M、Koike Y
  • 雑誌名: Journal of Physics: Conference Series 巻: 1054 ページ: 012008～012008
  • DOI: 10.1088/1742-6596/1054/1/012008
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Effects of the Ba-substitution for Sr in the Bi-2201 phase of BiPb(Sr,La)2CuO6+δ (2018)
  • 著者名/発表者名: Hayakawa D、Watanabe T、Luo T、Kawamata T、Noji T、Kato M、Koike Y
  • 雑誌名: Journal of Physics: Conference Series 巻: 1054 ページ: 012007～012007
  • DOI: 10.1088/1742-6596/1054/1/012007
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Development of Ferromagnetic Fluctuations in Heavily Overdoped (Bi,Pb)2Sr2CuO6+δ Copper Oxides (2018)
  • 著者名/発表者名: Kurashima Koshi、Adachi Tadashi、Suzuki Kensuke M.、Fukunaga Yasushi、Kawamata Takayuki、Noji Takashi、Miyasaka Hitoshi、Watanabe Isao、Miyazaki Masanori、Koda Akihiro、Kadono Ryosuke、Koike Yoji
  • 雑誌名: Physical Review Letters 巻: 121 ページ: 057002～057002
  • DOI: 10.1103/PhysRevLett.121.057002
  • 査読あり
• [雑誌論文] Impurity Effects on the Electronic State in the Undoped (Ce-free) Superconductor T′-La1.8Eu0.2CuO4 Studied by Muon Spin Relaxation (2018)
  • 著者名/発表者名: Kawamata Takayuki、Ohashi Koki、Takamatsu Tomohisa、Adachi Tadashi、Kato Masatsune、Watanabe Isao、Koike Yoji
  • 雑誌名: Journal of the Physical Society of Japan 巻: 87 ページ: 094717～094717
  • DOI: 10.7566/JPSJ.87.094717
  • 査読あり
• [雑誌論文] New Intercalation Superconductors Ax(C2H8N2)yMoSe2 (A = Ca, Sr, Ba) Synthesized by Solvothermal Method (2018)
  • 著者名/発表者名: Sato Kazuki、Noji Takashi、Ueno Shota、Kawamata Takayuki、Kato Masatsune、Koike Yoji
  • 雑誌名: Journal of the Physical Society of Japan 巻: 87 ページ: 113702～113702
  • DOI: 10.7566/JPSJ.87.113702
  • 査読あり
• [学会発表] μSRからみたノンドープ超伝導体T'-La1.8Eu0.2CuO4の電子状態 (2019)
  • 著者名/発表者名: 川股隆行，大橋幸記，齋藤真，高松智寿，足立匡，渡邊功雄、加藤雅恒，小池洋二
  • 学会等名: 量子ビーム若手研究会「超伝導体とその周辺物質に対する量子ビーム研究の新展開」
  • 招待講演
• [学会発表] Electronic State in the Undoped (Ce-Free) Superconductor T'-La1.8Eu0.2CuO4 Studied from Impurity Effects on Muon Spin Relaxation (2018)
  • 著者名/発表者名: T. Kawamata, K. Ohashi, T. Takamatsu, T. Adachi, I. Watanabe, M. Kato, Y. Koike
  • 学会等名: 12th International Conference on Material and Mechanisms of Superconductivity and High Temperature Superconductors
  • 国際学会
• [学会発表] ノンドープ超伝導体La1.8Eu0.2CuO4における不純物置換効果とμSRからみた電子状態 (2018)
  • 著者名/発表者名: 川股隆行，大橋幸記，足立匡，渡邊功雄、加藤雅恒，小池洋二
  • 学会等名: 科研費合同研究会