真性T'構造銅酸化物における電子状態とノンドープ超伝導機構の解明

2019 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 17H02915
• 研究機関: 東北大学
• 研究代表者: 小池 洋二 東北大学, 工学研究科, 名誉教授 (70134038)
• 研究期間 (年度): 2017-04-01 – 2020-03-31
• キーワード: 高温超伝導 / 銅酸化物 / ノンドープ超伝導

研究実績の概要

キャリアドープなしで生じる超伝導体（ノンドープ超伝導体）T'-La1.8Eu0.2CuO4におけるキャリアの起源については、(1)還元アニールによる酸素欠損によってCu3dx2-y2の上部ハバードバンドに電子がドープされているとする説と、(2)電荷移動ギャップが潰れて金属的になっているとする説がある。(1)か(2)のどちらが正しいかを決めるために、各種実験を行った。
まず、ノンドープ超伝導体にホールドープと電子ドープを行った結果、超伝導転移温度はドープ量に対してドーム状に変化し、スピンゆらぎによるペアリングを仮定した計算結果とよく一致することがわかった。次に、これらの試料でミュオンスピン緩和の実験を行った結果、磁気転移温度はホールドープによって低下することがわかった。また、電子ドープした試料についてNMRの実験を行った結果、いずれの試料も超伝導の対称性はd波であり、ドープ量の増加とともに反強磁性ゆらぎが抑制されていくことがわかった。これらの結果は(2)を支持するものであり、超伝導はスピンゆらぎによるd波の対称性を持っていると結論した。一方、ホールドープした試料について硬X線光電子分光とX線吸収の実験を行った結果、還元アニールによって電子がドープされ、LaのSr置換によってホールがドープされることがわかった。この結果からは(1)と(2)のどちらかを決めることはできなかった。
電子ドープされたT'-Pr1.3-xLa0.7CexCuO4について角度分解光電子分光の実験を行った結果、超伝導の対称性はd波であることがわかった。また、T'-Pr1-xLaCexCuO4のオーバードープ領域についてミュオンスピン緩和の実験を行った結果、超伝導の消えるx=0.20ではスピン相関がかなり弱くなっていることがわかった。これらの結果により、この系の超伝導にはスピンゆらぎが効いていると結論した。

現在までの達成度 (段落)

令和元年度が最終年度であるため、記入しない。

今後の研究の推進方策

令和元年度が最終年度であるため、記入しない。

研究成果

• [雑誌論文] Electron-Doping Effect on Tc in the Undoped (Ce-Free) Superconductor T′-La1.8Eu0.2CuO4 Studied by the Fluorine Substitution for Oxygen (2020)
  • 著者名/発表者名: Sunohara Toshiki, Kawamata Takayuki, Shiosaka Kota, Takamatsu Tomohisa, Noji Takashi, Kato Masatsune, Koike Yoji
  • 雑誌名: Journal of the Physical Society of Japan 巻: 89 ページ: 014701/1-4
  • DOI: 10.7566/JPSJ.89.014701
  • 査読あり
• [雑誌論文] d-wave superconducting gap observed in protect-annealed electron-doped cuprate superconductors Pr1.3-xLa0.7CexCuO4 (2019)
  • 著者名/発表者名: Horio M., Koshiishi K., Nakata S., Hagiwara K., Ota Y., Okazaki K., Shin S., Ideta S., Tanaka K., Takahashi A., Ohgi T., Adachi T., Koike Y., Fujimori A.
  • 雑誌名: Physical Review B 巻: 100 ページ: 054517/1-5
  • DOI: 10.1103/PhysRevB.100.054517
  • 査読あり
• [雑誌論文] Muon-spin relaxation study of the spin correlations in the overdoped regime of electron-doped high-Tc cuprate superconductors (2019)
  • 著者名/発表者名: Baqiya Malik A., Adachi Tadashi, Takahashi Akira, Konno Takuya, Ohgi Taro, Watanabe Isao, Koike Yoji
  • 雑誌名: Physical Review B 巻: 100 ページ: 064514/1-5
  • DOI: 10.1103/PhysRevB.100.064514
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Band structure of overdoped cuprate superconductors: Density functional theory matching experiments (2019)
  • 著者名/発表者名: Kramer K. P., Horio M., Adachi T., Ohgi T., Kawamata T., Koike Y. 他22名
  • 雑誌名: Physical Review B 巻: 99 ページ: 224509/1-8
  • DOI: 10.1103/PhysRevB.99.224509
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Nature of Carrier Doping in T′-La1.8?xEu0.2SrxCuO4 Studied by X-Ray Photoemission and Absorption Spectroscopy (2019)
  • 著者名/発表者名: Lin Chun, Horio Masafumi, Kawamata Takayuki, Saito Shin, Koshiishi Keisuke, Sakamoto Shoya, Zhang Yujun, Yamamoto Kohei, Ikeda Keisuke, Hirata Yasuyuki, Takubo Kou, Wadati Hiroki, Yasui Akira, Takagi Yasumasa, Ikenaga Eiji, Adachi Tadashi, Koike Yoji, Fujimori Atsushi
  • 雑誌名: Journal of the Physical Society of Japan 巻: 88 ページ: 115004/1-2
  • DOI: 10.7566/JPSJ.88.115004
  • 査読あり
• [学会発表] Suppression of Antiferromagnetic Spin Fluctuations by Electron Doping in T’-Pr1.3-xLa0.7CexCuO4 Probed by NMR (2019)
  • 著者名/発表者名: H. Fukazawa, YS. Lee, S. Kanamaru, M. Goto, Y. Kohori, A. Takahashi, T. Kawamata, K. Kawabata, K. Tajima, T. Adachi, Y. Koike
  • 学会等名: 東北大学金属材料研究所ワークショップ "Reseach Frontier of Advanced Spectroscopies for Correlated Electron Systems"
• [学会発表] Electron doping in the undoped (Ce-free) superconductor T’-La1.8Eu0.2CuO4 (2019)
  • 著者名/発表者名: T. Kawamata, T. Sunohara, K. Shiosaka, T. Takamatsu, T. Noji, M. Kato, Y. Koike
  • 学会等名: 東北大学金属材料研究所ワークショップ "Reseach Frontier of Advanced Spectroscopies for Correlated Electron Systems"
• [学会発表] Pseudogap behavior in T’-Pr1.3-xLa0.7CexCuO4 (x = 0.10) probed by NMR (2019)
  • 著者名/発表者名: YS. Lee, S. Kanamaru, M. Goto, H. Fukazawa, Y. Kohori, A. Takahashi, T. Kawamata, K. Kawabata, K. Tajima, T. Adachi, Y. Koike
  • 学会等名: Ito International Research Center Conference, The University of Tokyo & ISSP International Workshop "Spectroscopies in Novel Superconductors" (SNS2019)
  • 国際学会
• [学会発表] Carrier-doping effects on Tc in the undoped (Ce-free) superconductor T’-La1.8Eu0.2CuO4 (2019)
  • 著者名/発表者名: T. Sunohara, T. Kawamata, K. Shiosaka, T. Takamatsu, T. Noji, M. Kato, Y. Koike
  • 学会等名: Ito International Research Center Conference, The University of Tokyo & ISSP International Workshop "Spectroscopies in Novel Superconductors" (SNS2019)
  • 国際学会
• [学会発表] CuK端XANESとEXAFSの相補利用によるノンドープ銅酸化物超伝導体La1.8Eu0.2CuO4の電子状態に対するアニール効果の研究 (2019)
  • 著者名/発表者名: 浅野駿，石井賢司，松村大樹，辻卓也，伊奈稔哲，齋藤真，春原稔樹， 川股隆行，小池洋二，工藤康太，藤田全基
  • 学会等名: 第22回XAFS討論会
• [学会発表] 電子ドープ型高温超伝導体T’-Pr1.3-xLa0.7CexCuO4+δの63,65Cu,139La-NMRII (2019)
  • 著者名/発表者名: Yongsun Lee, 渡井将希, 金丸周平, 後藤雅人, 深澤英人, 小堀洋, 高橋晶, 川股隆行, 川端公貴, 田島一輝, 足立匡, 小池洋二
  • 学会等名: 日本物理学会2019年秋季大会
• [学会発表] X線吸収微細構造解析によるLa1.8Eu0.2CuO4の電子状態に対するアニール効果の研究 (2019)
  • 著者名/発表者名: 浅野駿, 石井賢司, 松村大樹, 辻卓也, 伊奈稔哲, 齋藤真, 春原稔樹, 川股隆行, 小池洋二, 工藤康太, 藤田全基
  • 学会等名: 日本物理学会2019年秋季大会
• [学会発表] ノンドープ（Ceフリー）超伝導体T’-La1.8Eu0.2CuO4における電子ドープ効果とその電子状態 (2019)
  • 著者名/発表者名: 春原稔樹，川股隆行，塩坂浩太，高松智寿，野地尚，加藤雅恒，小池洋二
  • 学会等名: 日本物理学会2019年秋季大会
• [学会発表] Hole- and Electron-Doping Effect on the Magnetism in the Ce-Free Superconductor T'-La1.8-xEu0.2SrxCuO4-yFy (2019)
  • 著者名/発表者名: T. Kawamata, T. Sunohara, K. Shiosaka, T. Adachi, I. Watanabe, A. Koda, J. Nakamura, S. Nishimura, M. Kato, Y. Koike
  • 学会等名: J-PARC Symposium 2019
• [学会発表] Electron-doping Effect and the Electronic State in the Undoped (Ce-free) Superconductor T’-La1.8Eu0.2CuO4-δ (2019)
  • 著者名/発表者名: Toshiki Sunohara, Takayuki Kawamata, Kota Shiosaka, Tomohisa Takamatsu, Takashi Noji, Masatsune Kato, Yoji Koike
  • 学会等名: The 32nd International Symposium on Superconductivity
  • 国際学会
• [備考] 東北大学ホームページ
  • URL: http://www.apph.tohoku.ac.jp/low-temp-lab/index.html