銅酸化物高温超伝導体における多電子自由度が絡むマルチダイナミクスの研究

2014 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 23340093
• 研究機関: 東北大学
• 研究代表者: 藤田 全基 東北大学, 金属材料研究所, 教授 (20303894)
• 研究分担者: 山瀬 博之 国立研究開発法人物質・材料研究機構, 環境・エネルギー材料部門 超伝導物性ユニット, 主任研究員 (10342867) ; 森 道康 国立研究開発法人日本原子力研究開発機構, 先端基礎研究センター, 副主任研究員 (30396519) ; 足立 匡 上智大学, 理工学部, 准教授 (40333843) ; 石井 賢司 国立研究開発法人日本原子力研究開発機構, 量子ビーム応用研究部門 構造物性研究ユニット, 研究副主任 (40343933)
• 研究期間 (年度): 2011-04-01 – 2016-03-31
• キーワード: 中性子散乱 / 放射光X線散乱 / 単結晶作成

研究実績の概要

銅酸化物超伝導体にに対して中性子散乱実験、X線散乱実験を行い、スピンと電荷の相関を包括的に調べた。Fe置換した過剰ドープLa2-xSrxCuO4の低エネルギー磁気励起を高分解能で調べ、Feを置換しない試料では存在しない、格子非整合ピーク間の有限強度を観測することに成功した。このことは、磁気シグナルの起源がFermi面のネスティングに由来することを示唆する結果で、濃いキャリア濃度領域の特徴である可能性が高い。これまでの中性子散乱と角度分解光電子分光から我々が主張する、キャリア濃度の贈花によって磁気シグナルの起源が変化するという描像を支持する結果である。
また、ホールドープ超伝導体における電荷秩序の一般性を検証するため、多層系銅酸化物Bi2223に対する初の放射光X線散乱実験を行った。その結果、温度変化を示す格子非整合ピークの存在を突き止めた。ブロック層の間にあるCuO2面の枚数に関わらず、電荷秩序は銅酸化物に普遍的に生じる現象であると考えられる。ただし、散乱強度が複雑な面間方向依存性を示すため、今後、共鳴X線を用いた詳細な実験が必要である。
さらに、T'構造銅酸化物で問題となっている、超伝導発現機構と結晶構造の関係を解明するために、Pr1.4-xLa0.6CexCuO4のxが異なる試料についてアニール効果をJ-PARCの高分解中性子粉末回折装置を用いて調べた。これまで広く認められてきた、アニールによる頂点酸素の脱離は、高精度で行った本実験の精度内では認められなかった。その変化量は1%以下と、これまでの報告に比べて極めて小さく、結晶構造に対するアニール効果の見直しを迫る結果を得ることができた。

現在までの達成度 (段落)

27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

27年度が最終年度であるため、記入しない。

研究成果

• [国際共同研究] ブルックヘブン国立研究所/オークリッジ国立研究所(米国)
  • 国名: 米国
  • 外国機関名: ブルックヘブン国立研究所/オークリッジ国立研究所
• [雑誌論文] High-Energy Spin and Charge Excitations in Electron-Doped Copper Oxide Superconductors (2014)
  • 著者名/発表者名: K. Ishii, M. Fujita, T. Sasaki, M. Minola, G. Dellea, C. Mazzoli, K. Kummer, G. Ghiringhelli, L. Braicovich, T. Tohyama, K. Tsutsumi, K. Sato, R. Kajimoto, K. Ikeuchi, K. Yamada, M. Yoshida, M. Kurooka, and J. Mizuki,
  • 雑誌名: Nature Communications 巻: 5 ページ: 4714/1-8
  • DOI: 10.1038/ncomms4714
  • 査読あり / 国際共著 / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Evidence for a Charge Collective Mode Associated with Superconductivity in Copper Oxides from Neutron and X-ray Scattering Measurements of La2-xSrxCuO4 (2014)
  • 著者名/発表者名: S. R. Park, T. Fukuda, A. Hamann, D. Lamago, L. Pintschovius, M. Fujita, K. Yamada, D. Reznik
  • 雑誌名: Phys. Rev. B. 巻: 89 ページ: 020506/1-5
  • DOI: http://dx.doi.org/10.1103/PhysRevB.89.020506
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Itinerant Effects and Enhanced Magnetic Interactions in Bi-Based Multilayer Cuprates (2014)
  • 著者名/発表者名: M. P. M. Dean, A. J. A. James, A. C. Walters, V. Bisogni, I. Jarrige, M. Hucker, E. Giannini, M. Fujita, J. Pelliciari, Y. B. Huang, R. M. Konik, T. Schmitt, and J. P. Hill
  • 雑誌名: Phys. Rev. B. 巻: 90 ページ: 220506/1-6
  • DOI: http://dx.doi.org/10.1103/PhysRevB.90.220506
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Dynamical Structure Factor of Magnetic Excitation in Underdoped La1.90Sr0.10CuO4 Measured by Chopper Neutron Spectrometer (2014)
  • 著者名/発表者名: K. Sato, M. Matsuura, M. Enoki, K. Yamada, and M. Fujita
  • 雑誌名: Key Engineering Material 巻: 616 ページ: 291-296
  • DOI: 10.4028/www.scientific.net/KEM.616.291
  • 査読あり
• [雑誌論文] Effects of Oxygen Reduction and Ce-Doping on Magnetic Order in T'-Pr1.40-xLa0.60CexCuO4+δ－α Studied by μSR Measurement (2014)
  • 著者名/発表者名: K. Tsutsumi, K. Tsutsumi, M. Fujita, K. Sato, M. Miyazaki, R. Kadono, K. Yamada
  • 雑誌名: Key Engineering Material 巻: 616 ページ: 297-301
  • DOI: 10.4028/www.scientific.net/KEM.616.297
  • 査読あり
• [雑誌論文] Temperature Dependence of Spin Fluctuations in Underdoped La1.90Sr0.10CuO4 (2014)
  • 著者名/発表者名: K. Sato, M. Matsuura, M. Fujita, R. Kajimoto, S. Ji, K. Ikeuchi, M. Nakamura, Y. Inamura, M. Arai, M. Enoki, and K. Yamada
  • 雑誌名: JPS Conf. Proc. 巻: 3 ページ: 017010/1-6
  • DOI: http://dx.doi.org/10.7566/JPSCP.3.017010
  • 査読あり
• [雑誌論文] Magnetic Excitation in Lightly-Doped Bi2.4Sr1.6CuO6+y (2014)
  • 著者名/発表者名: K. Tsutsumi, M. Fujita, M. Enoki, K. Sato, D. Adroja, and K. Yamada
  • 雑誌名: JPS Conf. Proc. 巻: 3 ページ: 012007/1-5
  • DOI: http://dx.doi.org/10.7566/JPSCP.3.012007
  • 査読あり
• [雑誌論文] Neutron Brillouin Scattering Experiments with Pulsed Neutrons on High Resolution Chopper Spectrometer HRC (2014)
  • 著者名/発表者名: S. Itoh, T. Yokoo, D. Kawana, Y. Kaneko, Y. Tokura, M. Fujita, K. Yoshida, K. Saito, N. Inami, Y. Takeichi, K. Ono, and Y. Endoh
  • 雑誌名: Journal of Physics: Conference Series 巻: 502 ページ: 012043/1-5
  • DOI: doi:10.1088/1742-6596/502/1/012043
  • 査読あり
• [雑誌論文] Inelastic Neutron Scattering Study of Phonon Anomalies in La1.5Sr0.5NiO4 (2014)
  • 著者名/発表者名: R. Kajimoto, M. Fujita, K. Nakajima, K. Ikeuchi, Y. Inamura, M. Nakamura, and T. Imasato
  • 雑誌名: Journal of Physics: Conference Series 巻: 502 ページ: 012056/1-5
  • DOI: doi:10.1088/1742-6596/502/1/012056
  • 査読あり
• [雑誌論文] Thermal Conductivity in the Frustrated Two-Leg Spin-Ladder System BiCu2PO6 (2014)
  • 著者名/発表者名: H. Nagasawa, T. Kawamata, K. Naruse, M. Ohno, Y. Matsuoka, H. Sudo, Y. Hagiya, M. Fujita, T. Sasaki and Y. Koikei
  • 雑誌名: Journal of Physics: Conference Series 巻: 568 ページ: 042012/1-4
  • DOI: doi:10.1088/1742-6596/568/4/042012
  • 査読あり
• [雑誌論文] Construction of Polarized Inelastic Neutron Spectrometer in J-PARC (2014)
  • 著者名/発表者名: T. Yokoo, K. Ohoyama , S. Itoh, J. Suzuki, K. Iwasa, T. J. Sato, H. Kira, Y. Sakaguchi, T. Ino, T. Oku, K. Tomiyasu, M. Matsuura, H. Hiraka, M. Fujita, H. Kimura, T. Sato, J. Suzuki, M. Takeda, K. Kaneko, M. Hino, and S. Muto
  • 雑誌名: Journal of Physics: Conference Series 巻: 502 ページ: 012046/1-4
  • DOI: doi:10.1088/1742-6596/502/1/012046
  • 査読あり
• [学会発表] 中性子散乱でみる銅酸化物における磁気相間の電子・ホール非対称性 (2015)
  • 著者名/発表者名: 藤田 全基
  • 学会等名: 日本物理学会 第70回年次大会
  • 発表場所: 早稲田大学 早稲田キャンパス（東京都新宿区）
  • 年月日: 2015-03-21 – 2015-03-24
  • 招待講演
• [学会発表] 電子ドープ型高温超伝導体Pr1.4La0.6CuO4+δの結晶構造における還元アニール効果 (2015)
  • 著者名/発表者名: 御手洗 誠，坂倉 輝俊，木村 宏之，堤 健之，藤田 全基，鬼柳 亮嗣，岸本 俊二
  • 学会等名: 日本物理学会 第70回年次大会
  • 発表場所: 早稲田大学 早稲田キャンパス（東京都新宿区）
  • 年月日: 2015-03-21 – 2015-03-24
• [学会発表] 中性子チョッパー分光器を用いた4次元マッピングによるLSCOのマグノンーフォノン結合の探索 (2015)
  • 著者名/発表者名: 脇本 秀一，池内 和彦，新井 正敏，藤田 全基，梶本 亮一，川村 奨，松浦 直人，中島 健次，山田 和芳
  • 学会等名: 日本物理学会 第71回年次大会
  • 発表場所: 早稲田大学 早稲田キャンパス（東京都新宿区）
  • 年月日: 2015-03-21 – 2015-03-24
• [学会発表] アンダードープBi-2223単結晶の育成及び輸送特性 (2015)
  • 著者名/発表者名: 高橋 航平，足立 伸太郎，臼井 友洋，小杉 健太，渡辺 孝夫，足立 匡，木村 尚次郎，佐藤 研太朗，鈴木 謙介，藤田 全基，山田 和芳，藤井 武則
  • 学会等名: 日本物理学会 第71回年次大会
  • 発表場所: 早稲田大学 早稲田キャンパス（東京都新宿区）
  • 年月日: 2015-03-21 – 2015-03-24
• [学会発表] 共鳴非弾性Ｘ線散乱による電子ドープ型銅酸化物超伝導体の磁気励起と電荷励起 (2015)
  • 著者名/発表者名: 石井 賢司，藤田 全基，佐々木 隆了，M. Minola，G. Dellea，C. Mazzoli，K. Kummer，G. Ghiringhelli，L. Braicovich，遠山 貴己，山田 和芳，吉田 雅洋，黒岡 雅仁，清水 裕友，水木 純一郎
  • 学会等名: 第28回 日本放射光学会年会・放射光科学合同シンポジウム
  • 発表場所: 立命館大学 びわこ・くさつキャンパス（草津市）
  • 年月日: 2015-01-10 – 2015-01-12
• [学会発表] X 線・中性子非弾性散乱による電子ドープ型銅酸化物超伝導体のスピン・電荷励起の観測 (2014)
  • 著者名/発表者名: 石井賢司，藤田全基，佐々木隆了，M. Minola，G. Dellea，C. Mazzoli，K. Kummer，G. Ghiringhelli，L. Braicovich，遠山貴己，堤健之，佐藤研太朗，梶本亮一，池内和彦，山田和芳，吉田雅洋，黒岡雅仁，水木純一郎
  • 学会等名: 日本中性子科学会 第14回年会
  • 発表場所: 北海道立道民活動センター「かでる２.７」（札幌市）
  • 年月日: 2014-12-11 – 2014-12-12
  • 招待講演
• [学会発表] 量子ビームの複合利用でみる銅酸化物高温超伝導体の磁気相関 (2014)
  • 著者名/発表者名: 藤田全基
  • 学会等名: 第13回 CROSSroads of Users and J-PARC「強相関電子系の物理」
  • 発表場所: いばらき量子ビーム研究センター （茨城県東海村）
  • 年月日: 2014-12-02 – 2014-12-03
  • 招待講演
• [学会発表] Single-crystal growth of underdoped Bi-2223 (2014)
  • 著者名/発表者名: S. Adachi, T. Usui, K. Takahashi, K. Kosugi, T. Watanabe, T. Nishizaki, T. Adachi, S. Kimura, K. Sato, K. M. Suzuki, M. Fujita, K. Yamada, T. Fujii
  • 学会等名: 27th International Symposium on Superconductivity
  • 発表場所: 船橋（東京都）
  • 年月日: 2014-11-25 – 2014-11-27
  • 国際学会
• [学会発表] T’構造Pr1.4-xLa0.6CexCuO4における磁気秩序のμSR研究と磁気モーメントの評価 (2014)
  • 著者名/発表者名: 堤健之，藤田全基，佐藤研太朗，宮崎正範，小嶋健児，門野良典，山田和芳
  • 学会等名: 新学術領域研究「超低速ミュオン顕微鏡が拓く物質・生命・素粒子科学のフロンティア」第3回領域会議公開 シンポジウム
  • 発表場所: 東北大学 原子分子材料科学高等研究機構（仙台市）
  • 年月日: 2014-09-16 – 2014-09-19
• [学会発表] Magnetic Excitations in Highly Hole-Doped Layered Nickel Oxides Studied by Inelastic Neutron Scattering (2014)
  • 著者名/発表者名: R. Kajimoto, M. Fujita, K. Nakajima, K. Iida
  • 学会等名: 27th International Conference on Low Temperature Physics
  • 発表場所: 中部大学 春日井キャンパス（春日井市）
  • 年月日: 2014-08-08 – 2014-08-13
  • 国際学会
• [学会発表] Temperature Dependence of Spin and Lattice Dynamics in Spin-Peierls CuGeO3 (2014)
  • 著者名/発表者名: K Ikeuchi, R Kajimoto, K Nakajima, M Fujita, M Arai
  • 学会等名: 27th International Conference on Low Temperature Physics
  • 発表場所: 中部大学 春日井キャンパス（春日井市）
  • 年月日: 2014-08-08 – 2014-08-13
  • 国際学会
• [学会発表] 不足ドープLa1.90Sr0.10CuO4における砂時計型磁気励起の詳細構造 (2014)
  • 著者名/発表者名: 佐藤研太朗，松浦直人，梶本亮一，藤田全基
  • 学会等名: 日本物理学会第69回年次大会
  • 発表場所: 中部大学 春日井キャンパス（春日井市）
  • 年月日: 2014-07-19 – 2014-07-23
• [学会発表] Neutron Scattering Study of Spin Fluctuations in La2-xSxCuO4 by Four-Dimensional Mapping of Neutron cross-sections using the chopper spectrometer 4SEASONS (2014)
  • 著者名/発表者名: S. Wakimoto, K. Ikeuchi, M. Arai, M. Fujita, R. Kajimoto, S. Kawamura, M. Matsuura, K. Nakajim, K. Yamada
  • 学会等名: The 2nd International Symposium on Science at J-PARC 2014
  • 発表場所: エポカル国際会議場（つくば市）
  • 年月日: 2014-07-13 – 2014-07-15
  • 国際学会
• [学会発表] Science from the Initial Operation of HRC (2014)
  • 著者名/発表者名: S. Itoh, T. Yokoo, T. Masuda, H. Yoshizawa, M. Soda, Y. Ikeda, S. Ibuka, D. Kawana, T. J. Sato, Y. Nambu, K. Kuwahara, S. Yano, J. Akimitsu, Y. Kaneko, Y. Tokura, M. Fujita, M. Hase, K. Iwasa, H. Hiraka, T. Fukuda, K. Ikeuchi, K. Yoshida, T. Yamaguchi, K. Ono, Y. Endoh
  • 学会等名: The 2nd International Symposium on Science at J-PARC 2014
  • 発表場所: エポカル国際会議場（つくば市）
  • 年月日: 2014-07-13 – 2014-07-15
  • 国際学会
• [備考] 発表リスト2014
  • URL: http://qblab.imr.tohoku.ac.jp/jpn/result/2014.html
• [備考] 発表リスト2015
  • URL: http://qblab.imr.tohoku.ac.jp/jpn/result/2015.html
• [備考] 最近の成果から
  • URL: http://qblab.imr.tohoku.ac.jp/jpn/research/index.html