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2020 年度 実績報告書

梯子型鉄系化合物における超伝導とマルチフェロイクスの研究

研究課題

研究課題/領域番号 18H01159
研究機関東北大学

研究代表者

大串 研也  東北大学, 理学研究科, 教授 (30455331)

研究分担者 今井 良宗  東北大学, 理学研究科, 准教授 (30435599)
青山 拓也  東北大学, 理学研究科, 助教 (80757261)
研究期間 (年度) 2018-04-01 – 2021-03-31
キーワード強相関電子系 / 鉄系超伝導 / マルチフェロイクス
研究実績の概要

梯子型鉄系化合物BaFe2X3 (X = S, Se)は、唯一つの非正方格子を有する鉄系超伝導体である。これらの物質は、常圧下において磁気/軌道秩序を伴うモット絶縁体であり、圧力を印加することで磁気/軌道秩序が抑制されていき、10万気圧級の圧力で金属化/超伝導化する。これまでに問題となっていたのは、常圧下における磁気/軌道秩序のパターンが、X = Sではストライプ型/フェロ型であるのに対し、X = Seではブロック型/プロペラ型であり、いずれのスピン/軌道揺らぎが超伝導発現に寄与しているのか未解明であった点である。この問題に答えるために、我々は、固溶体BaFe2(S1-xSex)3に対して、系統的な圧力下電気抵抗率の測定を行った。測定に当たっては、前年度までに立ち上げたピストンシリンダー型およびダイヤモンドアンビル型の電気抵抗率測定系を併用した。その結果、x= 0ではストライプ型/フェロ型秩序が比較的安定である一方で、x = 0.25では常圧のブロック型/プロペラ型秩序が0.5 GPa程度の圧力を印加することでストライプ型/フェロ型にスイッチすることを発見した。わずか0.5 GPa程度の圧力下での軌道スイッチ現象は類例がなく、興味深い成果である。さらに、x=1.0に相当するBaFe2Se23でも、高圧下で磁気/軌道秩序のスイッチ現象が生じることを見出した。また、ストライプ型/フェロ型秩序を抑制した金属状態では、10 K級の超伝導が発現することを見出した。これらの研究を通して、固溶体BaFe2(S1-xSex)3の圧力下における電子相図を完成させることができた。以上のことから、梯子型鉄系化合物においては、ストライプ型スピン揺らぎ/フェロ型軌道揺らぎが超伝導発現に関わっていることが結論された。

現在までの達成度 (段落)

令和2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2年度が最終年度であるため、記入しない。

  • 研究成果

    (17件)

すべて 2021 2020 その他

すべて 国際共同研究 (1件) 雑誌論文 (6件) (うち国際共著 1件、 査読あり 6件) 学会発表 (10件) (うち招待講演 1件)

  • [国際共同研究] ANSTO(オーストラリア)

    • 国名
      オーストラリア
    • 外国機関名
      ANSTO
  • [雑誌論文] Structural, electrical, magnetic, and optical properties of iron-based ladder compounds BaFe2(S1?xSex)32020

    • 著者名/発表者名
      Imaizumi Satoshi、Aoyama Takuya、Kimura Ryota、Sasaki Koya、Nambu Yusuke、Avdeev Maxim、Hirata Yasuyuki、Ikemoto Yuka、Moriwaki Taro、Imai Yoshinori、Ohgushi Kenya
    • 雑誌名

      Physical Review B

      巻: 102 ページ: 035104

    • DOI

      10.1103/PhysRevB.102.035104

    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] High-pressure synthesis of heavily hole-doped cuprates Mg1?xLixCu2O3 with quasi-one-dimensional structure2020

    • 著者名/発表者名
      Imai Yoshinori、Sasaki Koya、Aoyama Takuya、Shirasaki Kenji、Yamamura Tomoo、Ohgushi Kenya
    • 雑誌名

      Physical Review B

      巻: 101 ページ: 245112

    • DOI

      10.1103/PhysRevB.101.245112

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Successive magnetic transitions and spin structure in the two-leg ladder compound CsFe2Se3 observed by Cs133 and Se77 NMR2020

    • 著者名/発表者名
      Murase Mina、Okada Kaoru、Kobayashi Yoshiaki、Hirata Yasuyuki、Hashizume Kazuki、Aoyama Takuya、Ohgushi Kenya、Itoh Masayuki
    • 雑誌名

      Physical Review B

      巻: 102 ページ: 014433

    • DOI

      10.1103/PhysRevB.102.014433

    • 査読あり
  • [雑誌論文] M?ssbauer Study of Rare-earth Ferroborate NdFe3(BO3)42020

    • 著者名/発表者名
      Nakamura Shin、Masuda Takatsugu、Ohgushi Kenya、Katsufuji Takuro
    • 雑誌名

      Journal of the Physical Society of Japan

      巻: 89 ページ: 084703~084703

    • DOI

      10.7566/JPSJ.89.084703

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Dichotomy between orbital and magnetic nematic instabilities in BaFe2S32020

    • 著者名/発表者名
      Hosoi S.、Aoyama T.、Ishida K.、Mizukami Y.、Hashizume K.、Imaizumi S.、Imai Y.、Ohgushi K.、Nambu Y.、Kimata M.、Kimura S.、Shibauchi T.
    • 雑誌名

      Physical Review Research

      巻: 2 ページ: 043293

    • DOI

      10.1103/PhysRevResearch.2.043293

    • 査読あり
  • [雑誌論文] BaMn2As2における磁気四極子秩序2020

    • 著者名/発表者名
      大串研也, 江見知俊
    • 雑誌名

      固体物理

      巻: 55 ページ: 623

    • 査読あり
  • [学会発表] 梯子型鉄系化合物における量子液晶状態―超伝導とマルチフェロイクス―2021

    • 著者名/発表者名
      大串 研也
    • 学会等名
      第12 回 日本放射光学会 若手研究会「放射光若手スクール」
    • 招待講演
  • [学会発表] Kitaevスピン液体候補物質RuX3 (X = Cl, Br, I)の配位子置換効果2021

    • 著者名/発表者名
      藤原 秀行
    • 学会等名
      日本物理学会年次大会
  • [学会発表] 梯子型鉄系化合物 BaFe2(S1-xSex)3 における圧力下電気抵抗測定 -II2020

    • 著者名/発表者名
      野島 綸斗
    • 学会等名
      日本物理学会秋季大会
  • [学会発表] Kitaevスピン液体候補物質ルテニウムハライドの高圧合成2020

    • 著者名/発表者名
      今井 良宗
    • 学会等名
      日本物理学会秋季大会
  • [学会発表] Bandwidth and filling control of Kitaev spin liquid in RuCl32020

    • 著者名/発表者名
      大串 研也
    • 学会等名
      新学術領域研究「量子液晶の物性科学」領域研究会
  • [学会発表] Ligand substitution effect of Kitaev-spin liquid candidate materials RuX3 (X=Cl, Br, and I)2020

    • 著者名/発表者名
      藤原 秀行
    • 学会等名
      新学術領域研究「量子液晶の物性科学」領域研究会
  • [学会発表] Pressure-induced orbital switching in iron-based ladder material BaFe2(S1-xSex)32020

    • 著者名/発表者名
      青山 拓也
    • 学会等名
      新学術領域研究「量子液晶の物性科学」領域研究会
  • [学会発表] 新しいキタエフスピン液体候補物質ルテニウムハライドの高圧合成2020

    • 著者名/発表者名
      今井 良宗
    • 学会等名
      新学術領域研究「量子液晶の物性科学」量子物質開発フォーラム
  • [学会発表] 梯子型鉄系化合物 BaFe2X3 (X = S および Se) における圧力誘起軌 道スイッチング2020

    • 著者名/発表者名
      青山 拓也
    • 学会等名
      第61回高圧討論会
  • [学会発表] Eelectrical resistivity measurements under high pressure of for the iron-based ladder materials BaFe2(S1-xSex)32020

    • 著者名/発表者名
      野島 綸斗
    • 学会等名
      材料科学拠点・スピン拠点国際シンポジウム

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公開日: 2021-12-27  

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