鉄系超伝導体におけるコドーピングによるドーパントの秩序化と超伝導転移温度の増強

2012 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 23740274
• 研究機関: 岡山大学
• 研究代表者: 工藤 一貴 岡山大学, 自然科学研究科, 助教 (40361175)
• キーワード: 鉄系超伝導体 / 新物質開発

研究概要

本研究で発見した２つの鉄系超伝導体、Ca10(Pt4As8)(Fe2-xPtxAs2)5 (アルファ相)とCa10(Pt3As8)(Fe2-xPtxAs2)5 (ベータ相)において、(1)超伝導転移温度Tcの組成依存性が2ドーム構造を示すことを見出した。さらに、これら２つの化合物が(2)122型鉄系超伝導体と同程度の上部臨界磁場を示すことを明らかにした。
(1) Tcの2ドーム構造
スペーサー層PtnAs8のPt量がn = 3のベータ相は、0.1 < x ≦ 0.47の範囲で超伝導を示した。最大のTcは17 Kである。この超伝導相は反強磁性秩序相に隣接する。一方、n = 4のアルファ相は、0.22 ≦ x ≦ 0.48の範囲で超伝導を示した。最大のTcは38 Kである。
アルファ相では、スペーサー層のPtがベータ相よりも１つ多いため、FeAs層に電子がセルフドープされる。スペーサー層のPtが放出する電子を１０個のFeが受け取る。したがって、アルファ相の相図はΔx = 0.2だけシフトされる。その結果、アルファ相とベータ相の相図を組み合わせるとTcの組成依存性が2ドーム構造を示す。Ca10(PtnAs8)(Fe2-xPtxAs2)5では、反強磁性秩序相に近い超伝導ドームのTcよりも遠い超伝導ドームのTc方が高い。
(2) 上部臨界磁場
磁場中電気抵抗率測定の結果を解析し、絶対零度における上部臨界磁場を推定した。その結果、アルファ相（Tc = 33 K）とベータ相（Tc = 14 K）に対して、それぞれ、35 T、22 Tが得られた。これらは、122型鉄系超伝導体と同じ程度の値である。

研究成果

• [雑誌論文] Emergence of superconductivity at 45 K by lanthanum and phosphorus co-doping of CaFe2As2 (2013)
  • 著者名/発表者名: K. Kudo, K. Iba, M. Takasuga, Y. Kitahama, J. Matsumura, M. Danura, Y. Nogami, and M. Nohara
  • 雑誌名: Scientific Reports 巻: 3 ページ: 1478 (5)
  • DOI: DOI:10.1038/srep01478
  • 査読あり
• [雑誌論文] Giant Phonon Softening and Enhancement of Superconductivity by Phosphorus Doping of BaNi2As2 (2012)
  • 著者名/発表者名: K. Kudo, M. Takasuga, Y. Okamoto, Z. Hiroi, and M. Nohara
  • 雑誌名: Physical Review Letters 巻: 109 ページ: 097002 (5)
  • DOI: DOI:10.1103/PhysRevLett.109.097002
  • 査読あり
• [雑誌論文] Iron-platinum-arsenide superconductors Ca10(PtnAs8)(Fe2-xPtxAs2)5 (2012)
  • 著者名/発表者名: M. Nohara, S. Kakiya, K. Kudo, Y. Oshiro, S. Araki, T. C. Kobayashi, K. Oku, E. Nishibori, and H. Sawa
  • 雑誌名: Solid State Communications 巻: 152 ページ: 635-639
  • DOI: DOI:10.1016/j.ssc.2011.12.034
  • 査読あり
• [雑誌論文] Superconductivity Induced by Bond Breaking in the Triangular Lattice of IrTe2 (2012)
  • 著者名/発表者名: S. Pyon
  • 雑誌名: Journal of the Physical Society of Japan 巻: 81 ページ: 053701(1-4)
  • DOI: 10.1143/JPSJ.81.053701
  • 査読あり
• [雑誌論文] Enhanced thermoelectric properties by Ir doping of PtSb2 with pyrite structure (2012)
  • 著者名/発表者名: Y. Nishikubo
  • 雑誌名: Applied Physics Letters 巻: 100 ページ: 252104(1-3)
  • DOI: 10.1063/1.4729789
  • 査読あり
• [雑誌論文] Orbital Degeneracy, Jahn-Teller Effect, and Superconductivity in Transition-Metal Chalcogenides (2012)
  • 著者名/発表者名: T. Mizokawa
  • 雑誌名: Journal of Superconductivity and Novel Magnetism 巻: 25 ページ: 1343-1346
  • DOI: 10.1007/s10948-012-1626-x
  • 査読あり
• [雑誌論文] Orbital degeneracy and Peierls instability in the triangular-lattice superconductor Ir1-xPtxTe2 (2012)
  • 著者名/発表者名: D. Ootsuki
  • 雑誌名: Physical Review B 巻: 86 ページ: 014519(1-5)
  • DOI: 10.1103/PhysRevB.86.014519
  • 査読あり
• [雑誌論文] Anisotropic behavior of thermal conductivity in the Bose-Einstein condensed state of the bond-alternating spin-chain system Pb2V3O9 (2012)
  • 著者名/発表者名: M. Sato
  • 雑誌名: Journal of Physics: Conference Series 巻: 400 ページ: 032079(1-4)
  • DOI: 10.1088/1742-6596/400/3/032079
  • 査読あり
• [雑誌論文] Inhomogeneity of superconductivity and stripe correlations at x ~ 0.21 in La2-xSrxCuO4 (2012)
  • 著者名/発表者名: M. Miyazaki
  • 雑誌名: Journal of Physics: Conference Series 巻: 400 ページ: 022074(1-4)
  • DOI: 10.1088/1742-6596/400/2/022074
  • 査読あり
• [学会発表] PtSb2とPtAs2の熱電特性 (2013)
  • 著者名/発表者名: 工藤一貴
  • 学会等名: 日本物理学会第68回年次大会
  • 発表場所: 広島大学（東広島）
  • 年月日: 20130326-20130329
• [学会発表] Chemical tuning of soft-phonons and enhancement of superconductivity in BaNi2As2 (2013)
  • 著者名/発表者名: K. Kudo
  • 学会等名: QS2C Theory Forum International Symposium on “Strongly Correlated Quantum Science”
  • 発表場所: University of Tokyo, Tokyo, Japan
  • 年月日: 20130126-20130129
• [学会発表] BaNi2As2における巨大な格子のソフト化と超伝導転移温度の増大 (2012)
  • 著者名/発表者名: 工藤一貴
  • 学会等名: ISSPワークショップ「強相関物質開発の最前線」
  • 発表場所: 東京大学物性研究所（柏）
  • 年月日: 20121022-20121023
  • 招待講演
• [学会発表] Electronic phase diagram of the iron-based superconductors Ca10(PtnAs8)(Fe2-xPtxAs2)5 (n = 3, 4) with novel platinum-arsenide layers (2012)
  • 著者名/発表者名: K. Kudo
  • 学会等名: International Symposium on Physics and Chemistry of Novel Superconductors and Related Materials
  • 発表場所: Okayama University, Okayama, Japan
  • 年月日: 20121001-20121003
• [学会発表] PドープBaNi2As2におけるフォノンのソフト化と超伝導転移温度の増大 (2012)
  • 著者名/発表者名: 工藤一貴
  • 学会等名: 日本物理学会2012年秋季大会
  • 発表場所: 横浜国立大学（横浜）
  • 年月日: 20120918-20120921
• [学会発表] Electronic phase diagram of the iron-platinum-based superconductors Ca10(Pt4As8)(Fe2-xPtxAs2)5 and Ca10(Pt3As8)(Fe2-xPtxAs2)5 (2012)
  • 著者名/発表者名: K. Kudo
  • 学会等名: M2S 2012, Materials & Mechanisms of Superconductivity Conference
  • 発表場所: Washington, D.C., USA
  • 年月日: 20120729-20120803
• [学会発表] Superconductivity in the platinum-based arsenide SrPt2As2 with a CaBe2Ge2-type structure (2012)
  • 著者名/発表者名: K. Kudo
  • 学会等名: M2S 2012, Materials & Mechanisms of Superconductivity Conference
  • 発表場所: Washington, D.C., USA
  • 年月日: 20120729-20120803
• [学会発表] Superconductivity at 38 K in Ca10(Pt4As8)(Fe2-xPtxAs2)5 with Novel Platinum-Arsenide Layers (2012)
  • 著者名/発表者名: K. Kudo
  • 学会等名: 2012 MRS Spring Meeting
  • 発表場所: San Francisco, USA
  • 年月日: 20120409-20120413
• [学会発表] Interplay of Magnetic Fluctuation and Superconductivity in Ca(Fe1-xTMx)2As2 (TM = Ru, Rh) with Lattice Collapse Transition (2012)
  • 著者名/発表者名: K. Kudo
  • 学会等名: 2012 MRS Spring Meeting
  • 発表場所: San Francisco, USA
  • 年月日: 20120409-20120413
• [備考] 鉄系超伝導基本物質の臨界温度で世界記録更新
  • URL: http://www.okayama-u.ac.jp/up_load_files/soumu-pdf/press24/press-0322-3.pdf
• [備考] 高温超電導実現条件を実証
  • URL: http://www.okayama-u.ac.jp/up_load_files/soumu-pdf/press24/press-0920-7.pdf