実空間と時間の両領域で見る銅酸化物における擬ギャップ状態と高温超伝導の関わり

2022 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 19K03732
• 研究機関: 北海道大学
• 研究代表者: 小田 研 北海道大学, 理学研究院, 教授 (70204211)
• 研究分担者: 戸田 泰則 北海道大学, 工学研究院, 教授 (00313106)
• 研究期間 (年度): 2019-04-01 – 2023-03-31
• キーワード: 銅酸化物高温超伝導 / STM/STS / ポンププローブ時間分解分光 / 擬ギャップ / 電子系変調構造 / 反強磁性秩序

研究実績の概要

本研究の目的は、フェルミ面の二分性という特徴を持つ銅酸化物高温超伝導体において、走査トンネル顕微鏡分光（STM/STS）とポンプ・プローブ時間分解分光（PPTS）を行い、これらにより得られる電子系の時空間情報を基に、「擬ギャップ（PG）を伴うフェルミ面領域（アンタイノード（AN）領域）の電子状態が他方のフェルミアーク（FA）領域で起こる高温超伝導の発現機構に関わっているか」という問題を解明することである。前年度までに実施したBi系銅酸化物Bi2212における研究では、AN領域における特性エネルギーの異なる２つの電子系変調（ペア密度波を反映するチェッカーボード変調とｄ構造因子密度波）は、FAにおける超伝導準粒子干渉変調と明確な相関を持って時間と空間の両領域で共存することが示された。本研究では、上記の電子系変調の時空間相関が普遍的な性質であることを明らかにするため、他のBi系銅酸化物Bi2201においても同様の実験を行っているが、今年度はPPTS実験で進展が得られた。
Bi2201のPPTSによる研究では、高強度超短パルス光照射によりAN領域のPGとFA領域の超伝導ギャップ（SCG）を実空間の局所領域で破壊し、その後の両者の形成過程を時間分解で調べている。LaあるいはEuを10%オーダで添加することによりPGの発達の程度を制御したLa-Bi2201とEu-Bi2201でPPTSを行った結果、PGの発達の程度に関わらず、FAでのSCGの形成はAN領域のPG状態が完全に回復してから始まること、すなわち、両者の形成過程に明確な時間相関があり、超伝導はPG状態と時間空間においても共存して起こることが明らかとなった。
以上に記したように、本研究により得られた結果は、AN領域の電子状態がFAで起こる高温超伝導に深く関わっていることを示すものであり、したがって、本研究の目的は概ね達成された。

研究成果

• [国際共同研究] Univ Zurich/Paul Scherrer Inst(スイス)
  • 国名: スイス
  • 外国機関名: Univ Zurich/Paul Scherrer Inst
• [国際共同研究] Chalmers Univ Technol/Uppsala Univ(スウェーデン)
  • 国名: スウェーデン
  • 外国機関名: Chalmers Univ Technol/Uppsala Univ
• [国際共同研究] European Synchrotron Radiat Facil/Univ Grenoble Alpes/Univ Toulouse(フランス)
  • 国名: フランス
  • 外国機関名: European Synchrotron Radiat Facil/Univ Grenoble Alpes/Univ Toulouse
• [国際共同研究] Max Planck Inst Solid State Res/Karlsruher Inst Technol/Inst Kristallog(ドイツ)
  • 国名: ドイツ
  • 外国機関名: Max Planck Inst Solid State Res/Karlsruher Inst Technol/Inst Kristallog
  • 他の機関数: 1
• [国際共同研究] Diamond Light Source(英国)
  • 国名: 英国
  • 外国機関名: Diamond Light Source
• [国際共同研究]
  • 他の国数: 2
• [雑誌論文] Fate of charge order in overdoped La-based cuprates (2023)
  • 著者名/発表者名: von Arx K.、Wang Qisi、Mustafi S.、Mazzone D. G.、Horio M.、Mukkattukavil D. John、Pomjakushina E.、Pyon S.、Takayama T.、Takagi H.、Kurosawa T.、Momono N.、Oda M.、Brookes N. B.、Betto D.、Zhang W.、Asmara T. C.、Tseng Y.、Schmitt T.、Sassa Y.、Chang J.
  • 雑誌名: npj Quantum Materials 巻: 8 ページ: 7-6
  • DOI: 10.1038/s41535-023-00539-w
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Optical vortex induced spatio-temporally modulated superconductivity in a high-Tc cuprate (2023)
  • 著者名/発表者名: Toda Yasunori、Tsuchiya Satoshi、Yamane Keisaku、Morita Ryuji、Oda Migaku、Kurosawa Tohru、Mertelj Tomaz、Mihailovic Dragan
  • 雑誌名: Optics Express 巻: 31 ページ: 17537～17537
  • DOI: 10.1364/OE.487041
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Single-domain stripe order in a high-temperature superconductor (2022)
  • 著者名/発表者名: Simutis Gediminas、Kuspert Julia、Wang Qisi、Choi Jaewon、Bucher Damian、Boehm Martin、Bourdarot Frederic、Bertelsen Mads、Wang Chennan N、Kurosawa Tohru、Momono Naoki、Oda Migaku、Mansson Martin、Sassa Yasmine、Janoschek Marc、Christensen Niels B.、Chang Johan、Mazzone Daniel G.
  • 雑誌名: Communications Physics 巻: 5 ページ: 01061-4
  • DOI: 10.1038/s42005-022-01061-4
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Pseudogap suppression by competition with superconductivity in La-based cuprates (2022)
  • 著者名/発表者名: Kuspert J.、Cohn Wagner R.、Lin C.、von Arx K.、Wang Q.、Kramer K.、Pudelko W. R.、Plumb N. C.、Matt C. E.、Fatuzzo C. G.、Sutter D.、Sassa Y.、Yan J.-Q.、Zhou J.-S.、Goodenough J. B.、Pyon S.、Takayama T.、Takagi H.、Kurosawa T.、Momono N.、Oda M.、Hoesch M.、Cacho C.、Kim T. K.、Horio M.、Chang J.
  • 雑誌名: Physical Review Research 巻: 4 ページ: 043015-9
  • DOI: 10.1103/PhysRevResearch.4.043015
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Competition between spin ordering and superconductivity near the pseudogap boundary in La2-xSrxCuO4: Insights from NMR (2022)
  • 著者名/発表者名: Vinograd I.、Zhou R.、Mayaffre H.、Kramer S.、Ramakrishna S. K.、Reyes A. P.、Kurosawa T.、Momono N.、Oda M.、Komiya S.、Ono S.、Horio M.、Chang J.、Julien M.-H.
  • 雑誌名: Physical Review B 巻: 106 ページ: 054522-20
  • DOI: 10.1103/PhysRevB.106.054522
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Evidence for a Square-Square Vortex Lattice Transition in a High-T-c Cuprate Superconductor (2022)
  • 著者名/発表者名: Campbell D. J.、Frachet M.、Benhabib S.、Gilmutdinov I.、Proust C.、Kurosawa T.、Momono N.、Oda M.、Horio M.、Kramer K.、Chang J.、Ichioka M.、LeBoeuf D.
  • 雑誌名: Physical Review Letters 巻: 129 ページ: 067001-6
  • DOI: 10.1103/PhysRevLett.129.067001
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Crystal symmetry of stripe-ordered La1.88Sr0.12CuO4 (2022)
  • 著者名/発表者名: Frison R.、Kuspert J.、Wang Qisi、Ivashko O.、Zimmermann M. v.、Meven M.、Bucher D.、Larsen J.、Niedermayer Ch.、Janoschek M.、Kurosawa T.、Momono N.、Oda M.、Christensen N. B.、Chang J.
  • 雑誌名: Physical Review B 巻: 105 ページ: 224113-8
  • DOI: 10.1103/PhysRevB.105.224113
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Unveiling Unequivocal Charge Stripe Order in a Prototypical Cuprate Superconductor (2022)
  • 著者名/発表者名: Choi J.、Wang Q.、Joehr S.、Christensen N. B.、Kuspert J.、Bucher D.、Biscette D.、Fischer M. H.、Hucker M.、Kurosawa T.、Momono N.、Oda M.、Ivashko O.、Zimmermann M. v.、Janoschek M.、Chang J.
  • 雑誌名: Physical Review Letters 巻: 128 ページ: 207002-7
  • DOI: 10.1103/PhysRevLett.128.207002
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Uniaxial pressure induced stripe order rotation in La1.88Sr0.12CuO4 (2022)
  • 著者名/発表者名: Wang Qisi、von Arx K.、Mazzone D. G.、Mustafi S.、Horio M.、Kuspert J.、Choi J.、Bucher D.、Wo H.、Zhao J.、Zhang W.、Asmara T. C.、Sassa Y.、Mansson M.、Christensen N. B.、Janoschek M.、Kurosawa T.、Momono N.、Oda M.、Fischer M. H.、Schmitt T.、Chang J.
  • 雑誌名: Nature Communications 巻: 13 ページ: 1795-6
  • DOI: 10.1038/s41467-022-29465-4
  • 査読あり / 国際共著
• [学会発表] 少量の過剰酸素が添加されたLa系銅酸化物の電気伝導と磁気秩序の関わり (2023)
  • 著者名/発表者名: 宮腰宏太, 城剛希, 岩松柾希, 衣川裕也, 水田崇聖, 井原慶彦, 吉田紘行, 戸田泰則, 黒澤徹, 桃野直樹, 小田研
  • 学会等名: 日本物理学会2023年春季大会
• [学会発表] 少量の過剰酸素が添加された La 系銅酸化物の磁場中における 超伝導および超伝導揺らぎ (2023)
  • 著者名/発表者名: 岩松柾希, 宮腰宏太, 城剛希, 衣川裕也, 水田崇聖, 井原慶彦, 吉田紘行, 戸田泰則, 黒澤徹, 桃野直樹, 小田研
  • 学会等名: 日本物理学会2023年春季大会
• [学会発表] Effects of magnetic order on electronic conduction in high-Tc cuprate La2CuO4+d (2022)
  • 著者名/発表者名: K. Miyakoshi, M. Iwamatsu, K. Tachi, Y. Kinugawa, S. Mizuta, Y. Ihara, H. Yoshida, Y. Toda, T. Kurosawa, N. Momono, and M. Oda
  • 学会等名: International workshop on Microscopic Properties of Quantum Materials
  • 国際学会