共鳴非弾性軟X線散乱による銅酸化物高温超伝導体における電子分数化の研究

2023 年度 実施状況報告書

• 研究課題/領域番号: 22K03535
• 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)
• 研究期間 (年度): 2022-04-01 – 2025-03-31
• 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

昨年度、Bi2Sr2CaCu2O8+d（Bi2212）の酸素K吸収端および銅L2,3吸収端における共鳴非弾性X線散乱（RIXS）実験により電子の分数化機構が擬ギャップ形成を説明することを明らかにし、他の擬ギャップ形成機構として提案されている電荷秩序やネマチック秩序では相図全体を（特に、アンダードープ側で擬ギャップの温度領域が広がることを）説明できないことを示した。しかし、オーバードープ側では（特にすべての系に共通して見られるホールドープ量19％の量子臨界点までは）電荷秩序・ネマチック秩序の転移温度が擬ギャップ温度と良く一致するため、電荷秩序と擬ギャップの関係を詳しく調べた。La2-xSrxCuO4（LSCO）の酸素K吸収端RIXS実験を高分解能で行い、量子臨界点の周辺での電荷密度波の揺らぎを詳しく調べた。その結果、動的電荷密度波励起の寿命が量子臨界点に向かって増大するという当初の予想に反した現象を見出したので、電荷密度波揺らぎと超伝導の競合による現象と考えて解析・検討中である。
昨年度導いた銅酸化物高温超伝導体の３バンドモデル（Cu 3d軌道と酸素ｐ軌道を含む現実的なモデル）と１バンドモデル（１バンド ハバードモデル）の関係、特に３バンドモデルにおける超交換相互作用定数と１バンドモデルにおける超交換相互作用の関係が電子ドープ系でも成り立つかどうかを調べるために、ホールドープ型超伝導体Bi2212と電子ドープ型超伝導体Pr1.3－xLa0.7CexCuO4（PLCCO）の両方について共鳴光電子分光実験を行い、銅原子内クーロン相互作用と酸素原子内クーロン相互作用を定量的に見積もった。その結果、電子ドープ系でも、３バンドモデルと１バンドモデルの間にホールドープ系と同様な関係が成り立つことがわかった。

現在までの達成度 (区分)

2: おおむね順調に進展している

理由

放射光実験および国内外との共同研究が順調に進行している。実験・解析は予定通りに進んでいるが、論文執筆における共同研究者間の意見調整や、投稿後の査読者とのやり取りに時間がかかっている。国際学会、国内学会での成果発表は、順調に行われている。

今後の研究の推進方策

RIXSによって明らかになった電荷の分数化機構が、角度分解光電子分光（ARPES）を始めとする他の実験結果も説明するかどうかを調べて行く。ARPESでは超伝導点移転Tc直上でd波超伝導揺らぎに起因する擬ギャップも見られるため、これと電子分数化による擬ギャップがどう関係しているのかを調べる。このために、ARPESスペクトル、RIXSスペクトルの温度依存性、ホールドープ量依存性、物質系依存性を系統的に調べる。高温超伝導発現、擬ギャップ形成と電荷密度波の揺らぎとの関係も、RIXSおよびARPESスペクトルの高分解能測定と詳細な解析によって調べて行く。

次年度使用額が生じた理由

論文投稿が遅れ、予定していた掲載料の支払いが年度内に行われなかった。次年度は、主に論文投稿と学会出張旅費に使用する。

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] Giant X‐Ray Circular Dichroism in a Time‐Reversal Invariant Antiferromagnet (2024)
  • 著者名/発表者名: Okamoto Jun、Wang Ru‐Pan、Chu Yen‐Yi、Shiu Hung‐Wei、Singh Amol、Huang Hsiao‐Yu、Mou Chung‐Yu、Teh Sukhito、Jeng Horng‐Tay、Du Kai、Xu Xianghan、Cheong Sang‐Wook、Du Chao‐Hung、Chen Chien‐Te、Fujimori Atsushi、Huang Di‐Jing
  • 雑誌名: Advanced Materials 巻: 36 ページ: 2309172-1～8
  • DOI: 10.1002/adma.202309172
  • 査読あり
• [雑誌論文] Origin of magnetically dead layers in spinel ferrites MFe2O4 grown on Al2O3: Effects of postdeposition annealing studied by XMCD (2023)
  • 著者名/発表者名: Nonaka Yosuke、Wakabayashi Yuki K.、Shibata Goro、Sakamoto Shoya、Ikeda Keisuke、Chi Zhendong、Wan Yuxuan、Suzuki Masahiro、Tanaka Arata、Tanaka Masaaki、Fujimori Atsushi
  • 雑誌名: Physical Review Materials 巻: 7 ページ: 044413-1~10
  • DOI: 10.1103/PhysRevMaterials.7.044413
  • 査読あり
• [雑誌論文] Oxygen onsite Coulomb energy in Pr1.3－xLa0.7CexCuO4 and Bi2Sr2CaCu2O8+δ and its relation with Heisenberg exchange (2023)
  • 著者名/発表者名: Chainani A.、Horio M.、Cheng C.-M.、Malterre D.、Sheshadri K.、Kobayashi M.、Horiba K.、Kumigashira H.、Mizokawa T.、Oura M.、Taguchi M.、Mori Y.、Takahashi A.、Konno T.、Ohgi T.、Sato H.、Adachi T.、Koike Y.、Mochiku T.、Hirata K.、Shin S.、Wu M. K.、Fujimori A.
  • 雑誌名: Physical Review B 巻: 107 ページ: 195152-1~12
  • DOI: 10.1103/PhysRevB.107.195152
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Soft X-Ray Spectroscopies of High-Temperature Superconductors (2023)
  • 著者名/発表者名: Fujimori Atsushi、Huang Di-Jing
  • 雑誌名: Synchrotron Radiation News 巻: 36 ページ: 4～8
  • DOI: 10.1080/08940886.2023.2224732
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Three is the optimal number (2023)
  • 著者名/発表者名: Fujimori Atsushi
  • 雑誌名: Nature Physics 巻: 19 ページ: 1759～1760
  • DOI: 10.1038/s41567-023-02207-z
  • 査読あり
• [学会発表] Spectroscopic indications of ferrooctupole order in the 5d double-perovskite Ba2CaOsO6 (2024)
  • 著者名/発表者名: A. Fujimori
  • 学会等名: 22nd Japan-Korea-Taiwan Symposium on Strongly Correlated Electron Systems
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Relation between the one-band and three-band Hubbard models of cuprates via spectroscopy and scattering experiments (2024)
  • 著者名/発表者名: K. Sheshadri, D. Malterre, A. Fujimori, and A. Chainani
  • 学会等名: APS March Meeting 2024
  • 国際学会
• [学会発表] Giant Xray circular dichroism in a time-reversal invariant antiferromagnet (2024)
  • 著者名/発表者名: D. J. Huang, J. Okamoto, R.-P. Wang, Y.-Y. Chu, H.-W. Shiu, A. Singh H. Y. Huang, C. Y. Mou, S. Teh. H. T. Jeng, K. Du, X. Xu, S-W. Cheong, C. H. Du, C. T. Chen, and A. Fujimori
  • 学会等名: APS March Meeting 2024
  • 国際学会
• [学会発表] Toward complete characterization of quantum critical dynamics in cuprate superconductors (2024)
  • 著者名/発表者名: H. Y. Huang, C. Y. Mou, A. Singh, J. S. Su, J. Okamoto, S. Komiya, C. T. Chen, T. K. Lee, A. Fujimori, and D. J. Huang
  • 学会等名: APS March Meeting 2024
  • 国際学会
• [学会発表] Novel xray circular dichroism in a collinear antiferromagnet on a chiral lattice (2024)
  • 著者名/発表者名: J. Okamoto, R.-P. Wang, Y. Y. Chu, H. W. Shiu, A. Singh, H. Y. Huang, C. Y. Mou, S. Teh, H. T. Jeng, K. Du, X. Xu, S-W. Cheong, C. H. Du, C. T. Chen, A. Fujimori, and D. J. Huang
  • 学会等名: 22nd Japan-Korea-Taiwan Symposium on Strongly Correlated Electron Systems
  • 国際学会
• [学会発表] RIXS study on van der Waals multiferroic CuCrP2S6 (2024)
  • 著者名/発表者名: Y. C. Su, J. S. Su, H. Y. Huang, J. Okamoto, C. N. Kuo, C. S. Lue, C. T. Chen, A. Fujimori, D. J. Huang
  • 学会等名: 22nd Japan-Korea-Taiwan Symposium on Strongly Correlated Electron Systems
  • 国際学会
• [学会発表] 放射光分光を用いた強相関電子系の電子構造 研究による放射光科学への貢献 (2024)
  • 著者名/発表者名: 藤森淳
  • 学会等名: 第37 回日本放射光 学会年会・放射光科学合同シンポジウム
  • 招待講演
• [学会発表] 酸素K 端共鳴非弾 性X 線散乱による銅酸化物高温超伝導体Bi2223 の 電荷秩序・電荷励起の観測 (2024)
  • 著者名/発表者名: 中田勝、岡本淳、志賀大亮、高橋龍之介、H. Y. Huang、 A. Singh、組頭広志、和達大樹、石田茂之、永崎洋、 藤森淳、D. J. Huang、鈴木博人
  • 学会等名: 第37 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] 強磁性遷移金属酸化 物SrRuO3 高品質薄膜におけるRu 4d-O 2p 混成状 態密度 (2024)
  • 著者名/発表者名: 関祐一、若林勇希、武田崇仁、稲垣洸大、藤森伸一、 竹田幸治、谷保芳孝、山本秀樹、Y. Krockenberger、 藤森淳、田中雅明、小林正起
  • 学会等名: 第37 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] 硬X 線光 電子分光を用いた銅酸化物La2－xSrxCuO4 における 化学ポテンシャルシフトの研究 (2024)
  • 著者名/発表者名: 長本備大、石田達拡、大槻太毅、高木康多、保井晃、 藤森淳、小宮世紀、安藤陽一、吉田鉄平
  • 学会等名: 第37 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] 硬X 線光電子分光を用いたLa2－xSrxCuO4 の化学ポテン シャルシフトによる電子構造の研究 (2024)
  • 著者名/発表者名: 長本備大, 石田達拡, 大槻太毅, 高木康多, 保井晃, 組 頭広志, 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 2024 年春季大会
• [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] 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] Soft x-ray RIXS studies of quantum fluctuations and excitonic excitations in cuprate superconductors (2023)
  • 著者名/発表者名: J. Okamoto, H. Y. Huang, A. Singh, C. T. Chen, A. Fujimori, and D. J. Huang
  • 学会等名: Conference on Laser and Synchrotron Radiation Combination Experiment 2023
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Chirality-induced spin polarization and enhanced x-ray dichroism in a collinear antiferromagnet (2023)
  • 著者名/発表者名: J. Okamoto, R.-P. Wang, Y. Y. Chu, H. W. Shiu, A. Singh, H. Y. Huang, C. Y. Mou, S. Teh, H. T. Jeng, K. Du, X. Xu, S-W. Cheong, C. H. Du, C. T. Chen, A. Fujimori, and D. J. Huang:
  • 学会等名: Samarkand International Symposium on Magnetism
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Chirality-induced spin polarization and enhanced x-ray dichroism in a collinear antiferromagnet (2023)
  • 著者名/発表者名: J. Okamoto, R.-P. Wang, Y. Y. Chu, H. W. Shiu, A. Singh, H. Y. Huang, C. Y. Mou, S. Teh, H. T. Jeng, K. Du, X. Xu, S-W. Cheong, C. H. Du, C. T. Chen, A. Fujimori, and D. J. Huang
  • 学会等名: International Conference on Quantum Liquid Crystals 2023
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Pseudogaps due to electron fractionalization and electron pairing in cuprates studied by ARPES and RIXS (2023)
  • 著者名/発表者名: A. Fujimori
  • 学会等名: 3rd ARPES Workshop - ARPES Meets Crystal Growth and Characterization
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Novel xray circular dichroism in a collinear antiferromagnet on a chiral lattice (2023)
  • 著者名/発表者名: J. Okamoto, R.-P. Wang, Y. Y. Chu, H. W. Shiu, A. Singh, H. Y. Huang, C. Y. Mou, S. Teh, H. T. Jeng, K. Du, X. Xu, S-W. Cheong, C. H. Du, C. T. Chen, 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] 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] RIXS studies on the kagome metal YMn6Sn6 (2023)
  • 著者名/発表者名: C. I. Wu, H. Y. Huang, A. Singh, J. Okamoto, J. S. Su, C. T. Chen, S-W. Cheong, 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] Exploration for multipole order in 5d-electron systems: X-ray magnetic circular dichroism study of Ba2CaOsO6, dual character of f electron (2023)
  • 著者名/発表者名: G. Shibata, H. Hayashi, N. Kawamura, J. Okamoto, D. J. Huang, A. Tanaka, S. Streltsov, K. Yamaura, and A. Fujimori
  • 学会等名: 10th International Workshop on the Dual Nature of f-Electrons
  • 国際学会
• [学会発表] Quantum critical scaling of charge order in La2－xSrxCuO4 revealed by high-resolution RIXS (2023)
  • 著者名/発表者名: H. Y. Huang, A. Singh, C. Y. Mou, J. Okamoto, A. Fujimori, C. T. Chen, and D. J. Huang
  • 学会等名: 41st International Conference on Vacuum Ultraviolet and Xray Physics
  • 国際学会
• [学会発表] Novel xray circular dichroism in a collinear antiferromagnet on a chiral lattice (2023)
  • 著者名/発表者名: J. Okamoto, R.-P. Wang, Y. Y. Chu, H. W. Shiu, A. Singh, H. Y. Huang, C. Y. Mou, S. Teh, H. T. Jeng, K. Du, X. Xu, S-W. Cheong, C. H. Du, C. T. Chen, A. Fujimori, and D. J. Huang
  • 学会等名: International Conference on Strongly Correlated Electron Systems 2023
  • 国際学会
• [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] O K-edge RIXS study of Os electronic structures in 5d2 Double Perovskite Ba2CaOsO6 (2023)
  • 著者名/発表者名: J. Okamoto, G. Shibata, H. Hayashi, H. Y. Huang, A. Singh, N. Kawamura, A. Tanaka, K. Yamaura, Y. S. Ponosov, S. V. Streltsov, C. T. Chen, A. Fujimori, and D. J. Huang:
  • 学会等名: Asia-Pacific Conference on Condensed Matter Physics 2023
  • 国際学会
• [学会発表] Doping and temperature dependence of core-level shift in La2－xSrxCuO4 studied by hard x-ray photoemission spectroscopy (2023)
  • 著者名/発表者名: M. Nagamoto, T. Ishida, D. Ootsuki, Y. Takagi, A. Yasui, A. Fujimori , S. Komiya, Y. Ando, and T. Yoshida
  • 学会等名: Advanced Material Research Grand Meeting MRM2023/IUMRS-ICA2023,
  • 国際学会
• [学会発表] 銅酸化物擬ギャップ状態における電子分数化 のRIXS による検証 (2023)
  • 著者名/発表者名: 藤森淳
  • 学会等名: 高温超伝導フォーラム
• [学会発表] 5d2 電子系ダブルペロブスカイトBa2CaOsO6 の スピン軌道結合，結晶場分裂，電荷移動状態の酸素k 端共鳴非弾性X 線散乱による直接観測 (2023)
  • 著者名/発表者名: 岡本淳、芝田悟朗、林浩章、H. Y. Huang、A. Singh、 田中新、山浦一成、S. Streltsov、D. J. Huang、藤森 淳
  • 学会等名: 日本物理学会 第78 回年次大会
• [学会発表] 硬X 線磁気円二色性による磁気八 極子候補物質Ba2CaOsO6 の電子状態観測 (2023)
  • 著者名/発表者名: 芝田悟朗、岡本淳、林浩章、河村直己、H. Y. Huang、 A. Singh、田中新、山浦一成、S. Streltsov、D. J. Huang、藤森淳
  • 学会等名: 日本物理学会 第78 回年次大会
• [学会発表] 不足ドープ三層系銅酸化物高温超伝導体Bi2223 の超 伝導ギャップと擬ギャップ (2023)
  • 著者名/発表者名: 出田真一郎、吉田鉄平、田中清尚、有田将司、足立伸太 郎、山口隼平、佐々木菜絵、渡辺孝夫、藤井武則、野地 尚、石田茂之、内田慎一、W. O. Wang、B. Moritz、 T. P. Devereaux、T. K. Lee、C. Y. Mou、藤森淳
  • 学会等名: 日本物理学会 第78 回年次大会
• [学会発表] 酸素K 吸収端共鳴 非弾性X 線散乱による三層系銅酸化物Bi2223 のプ ラズモン分散の観測 (2023)
  • 著者名/発表者名: 中田勝、岡本淳、志賀大亮、高橋龍之介、H. Y. Huang、 A. Singh、組頭広志、和達大樹、石田茂之、永崎洋、 藤森淳、D. J. Huang、鈴木博人
  • 学会等名: 日本物理学会 第78 回年次大会
• [学会発表] 酸素K 端共鳴非 弾性Ｘ線散乱による銅酸化物高温超伝導体のBi2223 の電荷秩序の観測 (2023)
  • 著者名/発表者名: 中田勝、岡本淳、志賀大亮、高橋龍之介、H. Y. Huang、 A. Singh、組頭広志、和達大樹、石田茂之、永崎洋、 藤森淳、D. J. Huang、鈴木博人
  • 学会等名: 日本物理学会 第78 回年次大会
• [学会発表] La2－xSrxCuO4 における化学ポテンシャルシフトのドーピング依存 性及び温度依存性 (2023)
  • 著者名/発表者名: 長本備大、石田達拡、大槻太毅、高木康多、保井晃、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 第78 回年次大会
• [学会発表] 強磁性遷移 金属酸化物SrRuO3 薄膜における軌道に依存したRu 4d ‐配位子混成状態密度の観測 (2023)
  • 著者名/発表者名: 関祐一、若林勇希、武田崇仁、稲垣洸大、藤森伸一、 竹田幸治、藤森淳、田中雅明、小林正起
  • 学会等名: 日本物理学会 第78 回年次大会
• [備考] Fujimori Group
  • URL: https://sites.google.com/view/fujimorigroup/home?authuser=0
• [備考] 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
• [備考] Theory of low-dimensional spin systems laboratory
  • URL: https://www.streltsovs.ru/our-group