共鳴非弾性軟X線散乱による銅酸化物高温超伝導体の電荷ゆらぎ超伝導機構の研究

2022 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 19K03741
• 研究機関: 東京大学
• 研究代表者: 藤森 淳 東京大学, 大学院理学系研究科(理学部), 名誉教授 (10209108)
• 研究分担者: 溝川 貴司 早稲田大学, 理工学術院, 教授 (90251397)
• 研究期間 (年度): 2019-04-01 – 2023-03-31
• キーワード: 高温超伝導 / 非弾性X線散乱 / 角度分解光電子分光

研究実績の概要

二次元伝導系に特徴的な電荷集団励起である”音響プラズモン”を、ホールドープ型銅酸化物高温超伝導体において初めて観測した。音響プラズモンの観測はこれまで電子ドープ系に限られていたが、ホールドープ系で伝導を担う酸素pホールを効率よく励起するために酸素K吸収端で軟X線非弾性散乱（RIXS）測定をLa2-xSrxCuO4（LSCO）に対して行うことによって音響プラズモンの観測に成功した。電子ドープ型銅酸化物高温超伝導体Pr1.3xLa0.7CexCuO4（PLCCO）についても、広く行われてきた銅L吸収端ではなく酸素K吸収端のRIXSで弱い音響プラズモンを観測し、電子ドープ型超伝導体のCu 3d軌道からなる伝導電子に酸素p軌道が混成していることを示した。
前年度に行ったBi2Sr2CaCu2O8+d（Bi2212）の酸素K吸収端および銅L吸収端RIXS測定において、超伝導研究点移転上下でのスペクトルの巨大な変化を見出した。この巨大変化を、電荷揺らぎ高温超伝導機構（エキシトン機構）を簡略化した理論モデルである“二成分フェルミオン・モデル”で説明できることを具体的に示した。
上記の二成分フェルミオン・モデルを含む銅酸化物高温超伝導体の理論モデルの多くは、より現実的で複雑なCu 3d軌道と酸素ｐ軌道を含む”３バンド・ハバード・モデル”ではなく、簡単化された１バンドのハバード・モデルを用いている。１バンド・モデルの正当性と両モデルの関係を理解するために、両モデル間でパラメータを変換する簡易な方法を物理的考察に基づいて導出した。

研究成果

• [国際共同研究] 国家同歩輻射研究中心/国立清華大学(台湾)
  • 国名: その他の国・地域
  • 外国機関名: 国家同歩輻射研究中心/国立清華大学
• [国際共同研究] Institute of Metal Physics(ロシア連邦)
  • 国名: ロシア連邦
  • 外国機関名: Institute of Metal Physics
• [雑誌論文] Connecting the one-band and three-band Hubbard models of cuprates via spectroscopy and scattering experiments (2023)
  • 著者名/発表者名: Sheshadri K.、Malterre D.、Fujimori A.、Chainani A.
  • 雑誌名: Physical Review B 巻: 107 ページ: 085125-1～9
  • DOI: 10.1103/PhysRevB.107.085125
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Structure of monolayer FeSe on SrTiO3 deciphered (2023)
  • 著者名/発表者名: Atsushi Fujimori
  • 雑誌名: Journal Club for Condensed Matter Physics 巻: - ページ: -
  • DOI: 10.36471/JCCM_February_2023_01
• [雑誌論文] Soft x-ray spetroscopies of high-temperature superconductors (2023)
  • 著者名/発表者名: A. Fujimori and D.-J. Huang
  • 雑誌名: Synchrotron Radiation News 巻: - ページ: -
  • 国際共著
• [雑誌論文] Magnetic Properties and Electronic Configurations of Mn Ions in the Diluted Magnetic Semiconductor Ba1-xKx(Zn1-yMny)2As2 Studied by X-ray Magnetic Circular Dichroism and Resonant Inelastic X-ray Scattering (2022)
  • 著者名/発表者名: Suzuki Hakuto、Zhao Guoqiang、Okamoto Jun、Sakamoto Shoya、Chen Zhi-Yin、Nonaka Yosuke、Shibata Goro、Zhao Kan、Chen Bijuan、Wu Wen-Bin、Chang Fan-Hsiu、Lin Hong-Ji、Chen Chien-Te、Tanaka Arata、Kobayashi Masaki、Gu Bo、Maekawa Sadamichi、Uemura Yasutomo J.、Jin Changqing、Huang Di-Jing、Fujimori Atsushi
  • 雑誌名: Journal of the Physical Society of Japan 巻: 91 ページ: 064710-1～5
  • DOI: 10.7566/JPSJ.91.064710
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Acoustic plasmons and conducting carriers in hole-doped cuprate superconductors (2022)
  • 著者名/発表者名: Singh A.、Huang H. Y.、Lane Christopher、Li J. H.、Okamoto J.、Komiya S.、Markiewicz Robert S.、Bansil Arun、Lee T. K.、Fujimori A.、Chen C. T.、Huang D. J.
  • 雑誌名: Physical Review B 巻: 105 ページ: 235105-1～9
  • DOI: 10.1103/PhysRevB.105.235105
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Cr doping-induced ferromagnetism in the spin-glass Cd1-Mn Te studied by x-ray magnetic circular dichroism (2022)
  • 著者名/発表者名: Verma V.K.、Sakamoto S.、Ishikawa K.、Singh V.R.、Ishigami K.、Shibata G.、Kadono T.、Koide T.、Kuroda S.、Fujimori A.
  • 雑誌名: Physica B: Condensed Matter 巻: 642 ページ: 414129-1～5
  • DOI: 10.1016/j.physb.2022.414129
  • 査読あり
• [雑誌論文] Unconventional exciton evolution from the pseudogap to superconducting phases in cuprates (2022)
  • 著者名/発表者名: Singh A.、Huang H. Y.、Xie J. D.、Okamoto J.、Chen C. T.、Watanabe T.、Fujimori A.、Imada M.、Huang D. J.
  • 雑誌名: Nature Communications 巻: 13 ページ: 7906～1-9
  • DOI: 10.1038/s41467-022-35210-8
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] 一軸性圧力下の高温超伝導体 (2022)
  • 著者名/発表者名: 藤森淳、中田勝
  • 雑誌名: 固体物理 巻: 57 ページ: 297-306
  • 査読あり
• [雑誌論文] What can we learn from the nickelate vs. cuprate phase diagrams? (2022)
  • 著者名/発表者名: Atsushi Fujimori
  • 雑誌名: Journal Club for Condensed Matter Physics 巻: - ページ: -
  • DOI: 10.36471/JCCM_April_2022_01
• [学会発表] 硬X 線磁気円二色 性によるBa2CaOsO6 の磁気転移・多極子秩序に関す る研究、 (2023)
  • 著者名/発表者名: 芝田悟朗、林浩章、河村直己、岡本淳、D.-J. Huang、 S. Streltkov、山浦一成、藤森淳
  • 学会等名: 第36 回日本放射光学会年会・放射光科学合 同シンポジウム
• [学会発表] ARPES to RIXS studies of high-temperature superconductors (2023)
  • 著者名/発表者名: A. Fujimori and D. J. Huang
  • 学会等名: 21st Taiwan-Japan-Korea Symposium on Strongly Correlated Electron Systems
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Momentum-resolved RIXS studies on high-temperature superconductor Bi2212 (2023)
  • 著者名/発表者名: J. S. Su, H. Y. Huang, A. Singh, J. Okamoto, C. T. Chen, T. Watanabe, C. Y. Mou, T. K. Lee, A. Fujimori, and D. J. Huang
  • 学会等名: 21st Taiwan-Japan-Korea Symposium on Strongly Correlated Electron Systems
  • 国際学会
• [学会発表] Electron fractionalization in the pseudogap state of cuprates detected by RIXS (2023)
  • 著者名/発表者名: A. Fujimori, A. Singh, H. Y. Huang, T. Watanabe, M. Imada, and D. J. Huang
  • 学会等名: 8th International Conference on Superconductivity and Magnetism
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Nodal metallic behavior of underdoped triple-layer cuprate Bi2223 (2023)
  • 著者名/発表者名: S. Ideta, T. Yoshida, K. Tanaka, W. O. Wang, B. Moritz, T. P. Devereaux, T. K. Lee, C. Y. Mou, S. Adachi, N. Sakaki, S. Yamaguchi, T. Watanabe, T. Noji, S. Uchida, S. Ishida, and A. Fujimori
  • 学会等名: 15th International Conference on Electronic Spectroscopy and Structure
  • 国際学会
• [学会発表] Electron fractionalization in the pseudogap state of cuprates revealed by resonant inelastic x-ray scattering (2022)
  • 著者名/発表者名: A. Fujimori
  • 学会等名: International Conference on Quantum Materials and Technologies
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Spectroscopic manifestations of electron fractionalization in the pseudogap state of cuprates (2022)
  • 著者名/発表者名: A. Fujimori, A. Singh, M. Horio, S. Sakai, M. Imada, and D.-J. Huang
  • 学会等名: 2nd Global Summit on Condensed Matter Physics
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Spectroscopic manifestations of electron fractionalization in the pseudogap state of cuprates (2022)
  • 著者名/発表者名: A. Fujimori, A. Singh, M. Horio, S. Sakai, M. Imada, and D.-J. Huang
  • 学会等名: Spectroscopies in Novel Superconductors
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Doping dependence of the energy gap in the triple-layer cuprate Bi2223 (2022)
  • 著者名/発表者名: S. Ideta, K. Tanaka, T. Yoshida, S. Adachi, S. Yamaguchi, N. Sasaki, T. Watanabe, T. Noji, S. Ishida, S. Uchida, and A. Fujimori
  • 学会等名: International Workshop on Correlation and Angle-Resolved Photoemission Spectroscopy
  • 国際学会
• [学会発表] Acoustic plasmons in electron- and holedoped cuprates studied by resonant inelastic xray scattering at the oxygen K edge (2022)
  • 著者名/発表者名: N. Moritsuna, A. Matsumoto, J. Okamoto, A. Singh, H. Y. Huang, J.-H. Li, A. Takahashi, T. Konno, H. Sato, Y. Koike, T. Adachi, T. Mizokawa, C. T. Chen, D. J. Huang, and A. Fujimori
  • 学会等名: 29-th International Conference on Low Temperature Physics
  • 国際学会
• [学会発表] 擬ギャップ相における高温 超伝導体La2－xSrxCuO4 の電子状態の温度依存性 (2022)
  • 著者名/発表者名: 石田達拡、大槻太毅、北村未歩、藤森淳、小宮世紀、安藤陽一、吉田鉄平
  • 学会等名: 日本物理学会2022 年秋季大会
• [学会発表] Synchrotron-radiation spectroscopy of transition-metal oxides and high-temperature superconductors (2022)
  • 著者名/発表者名: A. Fujimori
  • 学会等名: Colloquium on Modern Problems of Condensed Matter Physics
  • 招待講演
• [備考] Fujimori Group
  • URL: https://sites.google.com/view/fujimorigroup/home?authuser=0
• [備考] NSRRC TPS Beamlines - 41A Soft X-ray Scattering
  • URL: http://tpsbl.nsrrc.org.tw/bd_page.aspx?lang=en&port=41A&pid=1044
• [備考] 国立清華大学物理学系 牟中瑜教授
  • URL: https://phys.site.nthu.edu.tw/p/406-1335-58759,r3581.php?Lang=zh-tw