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2011 年度 実施状況報告書

ミュオンスピン緩和から見る鉄系・銅系超伝導体におけるスピン相関と超伝導の関連

研究課題

研究課題/領域番号 23540399
研究機関東北大学

研究代表者

足立 匡  東北大学, 工学(系)研究科(研究院), 助教 (40333843)

研究分担者 小池 洋二  東北大学, 工学(系)研究科(研究院), 教授 (70134038)
研究期間 (年度) 2011-04-28 – 2014-03-31
キーワード強相関電子系 / 超伝導材料・素子 / 低温物性 / 放射線・X線・粒子線 / 磁性
研究概要

本研究の目的は、鉄系超伝導体におけるスピン相関について詳しく調べ、銅系超伝導体におけるスピン相関との比較から、高い転移温度を示す超伝導体のスピン相関の共通点を明らかにすることである。これを達成するために、鉄系超伝導体と銅系超伝導体の高品質単結晶を用いて、ミュオンスピン緩和法から低温でのスピン相関の発達の有無を明らかにし、また、超伝導の電子対の対称性を決定する。 本年度実施した研究とその成果は以下の通りである。1.試料作製・評価 改良ブリッジマン法を用いて、鉄系超伝導体FeSe1-xTex(Fe系)のx=0.6-1.0の単結晶の育成に成功した。また、フローティング・ゾーン法を用いて、銅系超伝導体(Bi,Pb)2Sr2-xLaxCuO6+δ(Bi系)のx=0の単結晶の育成に成功した。次に、Fe系の単結晶の品質の向上を目指して、また、Bi系の単結晶のホール濃度の調整のために、様々な条件で真空アニールを施した。これらの結晶の品質をx線回折、ICP分析、電気抵抗率から評価した結果、全ての結晶が物性測定に用いるのに十分に高品質であることがわかった。2.物性測定 Fe系の単結晶を用いて、スイスPSI研究施設にてミュオンスピン緩和測定を行った。その結果、x=0.6と0.7において、磁場侵入長の温度依存性が定性的に異なることを見出した。このことから、超伝導の電子対の対称性がx=0.6と0.7で異なる可能性があると結論した。これは、Fe系の超伝導の発現のメカニズムに関する重要な知見である。また、基底状態での磁場侵入長の値から、xの増加とともに電子の有効質量が増大する可能性があると結論した。このことは、我々の試料を提供して行った光電子分光の実験結果と一致する。

現在までの達成度 (区分)
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

当初の計画にあった、Fe系とBi系の超伝導体の単結晶の育成に成功したこと、また、真空アニールを施すことで、高品質な試料が得られたことから、試料の作製はおおむね順調に進んでいると言える。一方、Bi系において、当初の計画にあったx>0の単結晶の育成はまだ成功していないため、次年度の課題とする。 結晶の品質の評価に関しては、x線回折、ICP分析、電気抵抗率の測定を行い、高品質であることを確認したため、おおむね順調に進んでいると言える。一方、EPMA分析は実施できなかったため、次年度に行う予定である。 物性測定に関しては、ミュオンスピン緩和実験のビームタイムの関係で、当初の計画では次年度に実施するはずであったPSI研究施設での直流ビームを用いた実験を実施した。その結果、超伝導の電子対の対称性に関する知見を得るなど、重要な成果を得たことから、おおむね順調に進んでいると言える。一方、当初の計画にあった磁化率の測定とパルスビームを用いたミュオンスピン緩和実験はほとんど進んでいないことから、次年度の早急の課題とする。

今後の研究の推進方策

次年度は、引き続きFe系とBi系の単結晶試料の育成に取り組む。その後、アニールを施して、これらの品質を評価する。特に、EPMA分析から、結晶内での元素の分布を詳しく調べる予定である。 Fe系とBi系の単結晶を用いて磁化率の測定を行い、反強磁性相とスピン密度波相の有無、磁気転移温度などを調べる。また、超伝導転移温度と超伝導の体積分率を評価する。 Fe系とBi系の単結晶を用いてパルスビームを用いたミュオンスピン緩和実験を行い、ミュオンスピン緩和スペクトルの温度依存性を詳細に調べ、スピン相関の発達、磁気秩序の有無、磁気転移温度などの情報を得る。必要に応じて、希釈冷凍機を用いて20ミリケルビンまでの測定を行い、磁気的基底状態を明らかにする。これらの実験は、英国RIKEN-RAL研究施設にて行う。また、本年度に引き続き、PSI研究施設においてミュオンスピン緩和実験を行い、超伝導の電子対の対称性や有効質量などに関してより深い知見を得ることを目指す。

次年度の研究費の使用計画

次年度の使用額は、今年度の研究を効率的に推進したことに伴い発生した未使用額であり、平成24年度請求額とあわせ、次年度に計画している研究の遂行に使用する予定である。

  • 研究成果

    (35件)

すべて 2012 2011

すべて 雑誌論文 (5件) (うち査読あり 5件) 学会発表 (30件)

  • [雑誌論文] Similarity between Ni and Zn impurity effects on the superconductivity and Cu-spin correlation in La2-xSrxCu1-yNiyO4 high-Tc cuprates: A comparison based on the hole trapping by Ni2011

    • 著者名/発表者名
      Y. Tanabe, T. Adachi, K. Suzuki, T. Kawamata, Risdiana, T. Suzuki, I. Watanabe and Y. Koike
    • 雑誌名

      Physical Review B

      巻: 83 ページ: 144521 (1-6)

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Development of Cu-spin correlation in the Bi1.74Pb0.38Sr1.88Cu1-yZnyO6+δ high-temperature superconductors observed by muon spin relaxation2011

    • 著者名/発表者名
      T. Adachi, Y. Tanabe, K. Suzuki, Y. Koike, T. Suzuki, T. Kawamata and I. Watanabe
    • 雑誌名

      Physical Review B

      巻: 83 ページ: 184522 (1-6)

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Phase-fluctuating superconductivity in overdoped La2-xSrxCuO42011

    • 著者名/発表者名
      P. M. C. Rourke, I. Mouzopoulou, X. Xu, C. Panagopoulos, Y. Wang, B. Vignolle, C. Proust, E. V. Kurganova, U. Zeitler, Y. Tanabe, T. Adachi, Y. Koike and N. E. Hussey
    • 雑誌名

      Nature Physics

      巻: 7 ページ: 455-458

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Hidden itinerant-spin phase in heavily overdoped La2-xSrxCuO4 superconductors revealed by dilute Fe doping: A combined neutron scattering and angle-resolved photoemission study2011

    • 著者名/発表者名
      R.-H. He, M. Fujita, M. Enoki, M. Hashimoto, S. Iikubo, S.-K. Mo, H. Yao, T. Adachi, Y. Koike, Z. Hussain, Z.-X. Shen and K. Yamada
    • 雑誌名

      Physical Review Letters

      巻: 107 ページ: 127002 (1-5)

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Annealing effects on the crystal structure and physical properties of FeSe1-xTex (0.6≦x≦1) single crystals2011

    • 著者名/発表者名
      M. Imaizumi, T. Noji, T. Adachi and Y. Koike
    • 雑誌名

      Physica C

      巻: 471 ページ: 614-617

    • 査読あり
  • [学会発表] Magnetic order induced by Fe substitution in La2-xSrxCu1-yFeyO4 high-Tc superconductors studied by muon spin relaxation2012

    • 著者名/発表者名
      K. Suzuki
    • 学会等名
      平成23年度GCOE若手研究者研究報告会
    • 発表場所
      東北大学、仙台
    • 年月日
      2012年3月9日
  • [学会発表] μSRからみたFeSe1-xTex (x=0.6-0.8)単結晶におけるab面内磁場侵入長2012

    • 著者名/発表者名
      足立匡
    • 学会等名
      日本物理学会第67回年次大会
    • 発表場所
      関西学院大学、西宮
    • 年月日
      2012年3月25日
  • [学会発表] Fe1-xTex (0.6≦x≦1)単結晶の磁場中比熱2012

    • 著者名/発表者名
      足立匡
    • 学会等名
      日本物理学会第67回年次大会
    • 発表場所
      関西学院大学、西宮
    • 年月日
      2012年3月25日
  • [学会発表] μSRから見た(Bi,Pb)2201の磁場誘起磁性2012

    • 著者名/発表者名
      宮崎正範
    • 学会等名
      日本物理学会第67回年次大会
    • 発表場所
      関西学院大学、西宮
    • 年月日
      2012年3月24日
  • [学会発表] ランタン系高温超伝導体La2-xBaxCuO4単結晶における63Cu-NMR V2012

    • 著者名/発表者名
      進藤祐介
    • 学会等名
      日本物理学会第67回年次大会
    • 発表場所
      関西学院大学、西宮
    • 年月日
      2012年3月24日
  • [学会発表] 電子型銅酸化物超伝導体Pr1.3-xLa0.7CexCuO4+δの反強磁性領域における超伝導の発現2012

    • 著者名/発表者名
      森陽介
    • 学会等名
      2012年春季第59回応用物理学会
    • 発表場所
      早稲田大学、東京
    • 年月日
      2012年3月16日
  • [学会発表] 銅系および鉄系超伝導体における磁性と超伝導と不均一な電子状態2012

    • 著者名/発表者名
      小池洋二
    • 学会等名
      新学術領域「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」領域会議
    • 発表場所
      笛吹
    • 年月日
      2012年1月8日
  • [学会発表] J-PARC MLFミュオン施設への要望 -RIKEN-RAL、PSIミュオン施設を利用した経験に基づいて-2012

    • 著者名/発表者名
      足立匡
    • 学会等名
      第3回MLFシンポジウム(招待講演)
    • 発表場所
      東海村
    • 年月日
      2012年1月20日
  • [学会発表] ミュオンナイトシフトから見た(Bi,Pb)2201の擬ギャップ状態2012

    • 著者名/発表者名
      宮崎正範
    • 学会等名
      第3回MLFシンポジウム
    • 発表場所
      東海村
    • 年月日
      2012年1月19日
  • [学会発表] The intrinsic inhomogeneity of the pseudogap state in the Bi2Sr2Ca1-xYxCu2O8+y single crystals: ESR studies2011

    • 著者名/発表者名
      Y. Talanov
    • 学会等名
      '11 Internatinal Conference on Strongly Correlated Electron Systems (SCES'11)
    • 発表場所
      Cambrige, UK
    • 年月日
      2011年9月2日
  • [学会発表] FeSe1-xTex (0.6≦x≦1)単結晶の超伝導と磁気相関のx依存性2011

    • 著者名/発表者名
      今泉真人
    • 学会等名
      日本物理学会2011年秋季大会
    • 発表場所
      富山大学、富山
    • 年月日
      2011年9月23日
  • [学会発表] ミュオンナイトシフトから見た酸素ドープ(Bi,Pb)2201の異常金属相と正常金属相の相分離2011

    • 著者名/発表者名
      宮崎正範
    • 学会等名
      日本物理学会2011年秋季大会
    • 発表場所
      富山大学、富山
    • 年月日
      2011年9月22日
  • [学会発表] La2-xSrxCuO4のx~0.21における不均一な超伝導状態とストライプ相関2011

    • 著者名/発表者名
      宮崎真史
    • 学会等名
      日本物理学会2011年秋季大会
    • 発表場所
      富山大学、富山
    • 年月日
      2011年9月22日
  • [学会発表] μSRからみたLa2-xSrxCu1-yFeyO4において誘起された磁気秩序2011

    • 著者名/発表者名
      鈴木謙介
    • 学会等名
      日本物理学会2011年秋季大会
    • 発表場所
      富山大学、富山
    • 年月日
      2011年9月22日
  • [学会発表] 電子型高温超伝導体Pr1.3-xLa0.7CexCuO4-δの反強磁性領域における超伝導の発現2011

    • 著者名/発表者名
      森陽介
    • 学会等名
      日本物理学会2011年秋季大会
    • 発表場所
      富山大学、富山
    • 年月日
      2011年9月22日
  • [学会発表] ランタン系高温超伝導体La2-xBaxCuO4単結晶における63Cu-NMR IV2011

    • 著者名/発表者名
      進藤祐介
    • 学会等名
      日本物理学会2011年秋季大会
    • 発表場所
      富山大学、富山
    • 年月日
      2011年9月22日
  • [学会発表] 比熱とμSRから見たFeSe1-xTex (0.6≦x≦1)単結晶の超伝導と電子状態2011

    • 著者名/発表者名
      今泉真人
    • 学会等名
      2011年秋季第72回応用物理学会
    • 発表場所
      山形大学、山形
    • 年月日
      2011年9月1日
  • [学会発表] Similar effects of nonmagnetic and magnetic impurities on the Cu-spin correlation and superconductivity in La-214 high-Tc superconductors2011

    • 著者名/発表者名
      T. Adachi
    • 学会等名
      26th International Conference on Low Temperature Physics (LT26)
    • 発表場所
      Beijing, China
    • 年月日
      2011年8月16日
  • [学会発表] Superconductivity and magnetism of annealed FeSe1-xTex (0.6≦x≦1) single crystals studied by specific heat and μSR2011

    • 著者名/発表者名
      M. Imaizumi
    • 学会等名
      26th International Conference on Low Temperature Physics (LT26)
    • 発表場所
      Beijing, China
    • 年月日
      2011年8月16日
  • [学会発表] Inhomogeneity of superconductivity and stripe correlations in the overdoped regime of La2-xSrxCuO4 at x~0.212011

    • 著者名/発表者名
      M. Miyazaki
    • 学会等名
      26th International Conference on Low Temperature Physics (LT26)
    • 発表場所
      Beijing, China
    • 年月日
      2011年8月15日
  • [学会発表] Pseudogap state of (Bi,Pb)2201 studied by muon Knight shift2011

    • 著者名/発表者名
      M. Miyazaki
    • 学会等名
      26th International Conference on Low Temperature Physics (LT26)
    • 発表場所
      Beijing, China
    • 年月日
      2011年8月12日
  • [学会発表] Contrasting electronic homogeneity between hole- and electron-doped high-Tc cuprates prober by the magnetization and specific heat2011

    • 著者名/発表者名
      T. Adachi
    • 学会等名
      8th International Conference on New Theories, Discoveries and Applications of Superconductors and Related Materials (New3SC-8)(招待講演)
    • 発表場所
      Chongqing, China
    • 年月日
      2011年6月9日
  • [学会発表] Muon-spin-relaxation study of the Cu-spin corelation in the Bi-2201 high-Tc superconductors2011

    • 著者名/発表者名
      T. Adachi
    • 学会等名
      12th International Conference on Muon Spin Rotation, Relaxation and Resonance (μSR2011)
    • 発表場所
      Cancun, Mexico
    • 年月日
      2011年5月19日
  • [学会発表] Pseudogap state of (Bi,Pb)2201 studied by muon Knight shift2011

    • 著者名/発表者名
      M. Miyazaki
    • 学会等名
      12th International Conference on Muon Spin Rotation, Relaxation and Resonance (μSR2011)
    • 発表場所
      Cancun, Mexico
    • 年月日
      2011年5月19日
  • [学会発表] Magnetic order induced by Fe substitution in La2-xSrxCu1-yFeyO4 high-Tc superconductors studied by muon spin relaxation2011

    • 著者名/発表者名
      K. Suzuki
    • 学会等名
      International Symposium og GCOE: Materials Integration in Conjunction with the 2nd International Symposium on Advanced Synthesis and Processing Technology for Materials (ASPT2011)
    • 発表場所
      Sendai, Japan
    • 年月日
      2011年12月2日
  • [学会発表] μSRからみたLa2-xSrxCu1-yFeyO4におけるFe置換で誘起された磁気秩序2011

    • 著者名/発表者名
      鈴木謙介
    • 学会等名
      応用物理学会東北支部第66回学術講演会
    • 発表場所
      盛岡
    • 年月日
      2011年12月1日
  • [学会発表] 電子型高温超伝導体Pr1.3-xLa0.7CexCuO4+δの反強磁性領域における超伝導の発現2011

    • 著者名/発表者名
      森陽介
    • 学会等名
      応用物理学会東北支部第66回学術講演会
    • 発表場所
      盛岡
    • 年月日
      2011年12月1日
  • [学会発表] アニール処理した鉄11系超伝導体FeSe1-xTex (0.6≦x≦1)単結晶の比熱2011

    • 著者名/発表者名
      野地尚
    • 学会等名
      第5回物性科学領域横断研究会(領域合同研究会)
    • 発表場所
      東北大学、仙台
    • 年月日
      2011年11月19日
  • [学会発表] La-214系銅酸化物におけるFe置換によって誘起された磁気秩序のミュオンスピン緩和法による研究2011

    • 著者名/発表者名
      足立匡
    • 学会等名
      第5回物性科学領域横断研究会(領域合同研究会)
    • 発表場所
      東北大学、仙台
    • 年月日
      2011年11月19日
  • [学会発表] Cu-spin fluctuations in hole- and electron-doped high-Tc superconducting cuprates relating to stripe pinning2011

    • 著者名/発表者名
      Risdiana
    • 学会等名
      International Conference on Physics and its Application
    • 発表場所
      Bandung, Indonesia
    • 年月日
      2011年11月10日

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公開日: 2013-07-10  

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