| 研究課題/領域番号 |
23K03325
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| 研究機関 | 兵庫県立大学 |
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研究代表者 |
小林 寿夫 兵庫県立大学, 理学研究科, 教授 (40250675)
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| 研究期間 (年度) |
2023-04-01 – 2026-03-31
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| キーワード | 超伝導 / 元素選択的手法 / 放射光 / 軌道・スピン秩序 |
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| 研究実績の概要 |
本研究は、圧力印加による構造変数の変化にともなう鉄系超伝導体の鉄原子のスピンと軌道それぞれの秩序（揺らぎ）の変化を通じて、超伝導相及びその近傍で観測されている量子現象の機構を考察し、超伝導発現機構に迫ることを目的としています。具体的には、梯子型構造をとる圧力誘起鉄系超伝導体 BaFe2X3 (X:S, Se) を対象物質としています。研究代表者が発展した X 線の偏光状態を活用した 57Fe 放射光メスバウアー分光法を用い、鉄 3d 電子の軌道及びスピンそれぞれの秩序（揺らぎ）を低温・高圧力・強磁場の多重極限下で直接観測します。さらに、低温・高圧力下での放射光 X 線回折による精密構造解析で得られる鉄サイトの局所対称性も評価します。実験で得られる鉄3d 電子状態の構造変数依存性と第一原理計算とを相補的に用いて、鉄 3d 電子の軌道・スピン自由度が超伝導発現機構に如何に関与しているかを解明する。
本年度では、BaFe2Se3 の低温・高圧力下での放射光 X 線回折測定と新奇な低温・高圧力下での放射光メスバウアー分光法を用いて、磁気・結晶構造に関する情報を得ました。具体的には、低温・高圧力下 BaFe2Se3 の精密構造解析から、斜方晶 Pnm21 構造を特徴付ける回折線（斜方晶 Cmcm 対称性では消滅）が 10K では特異な圧力依存性を示すことが分りました。この結果は、低温での軌道秩序が複雑に変化することを示唆しています。そこで、放射光 X 線回折測定から、温度‐圧力相図上での結晶構造、特に鉄サイトの局所構造を求めています。一方、磁気的性質については、低温・高圧力下新奇な放射光メスバウアー分光法により、5GPa 2K では磁気秩序状態にあることを明らかにました。
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| 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
BaFe2Se3の低温・高圧力下での放射光X線回折測定と低温・高圧力下での新奇な放射光メスバウアー分光法により、圧力誘起相転移での結晶構造と磁気構造について新たな知見となる実験事実を得ることに成功しました。この実験結果を得るにあたり、国内外で全く行われていない散乱光子の偏光状態を計測する新奇な放射光メスバウアー分光法を多重極限(低温・高圧力・強磁場)環境下での実験手法として発展させ、初めて測定に成功しました。また、その結果得られた超微細相互作用の対称性を含む情報を利用して、Feイオンの電子状態を詳細に考察するためには、従来の等価演算子を用いた超微細相互作用の表記では不十分であることも明らかとなりました。
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| 今後の研究の推進方策 |
圧力誘起超伝導体である BaFe2Se3 において、超伝導転移臨界圧力以下の相における磁気転移と磁気構造と結晶構造との関係を、多重極限(低温・高圧力・強磁場)環境下新奇な放射光メスバウアー分光法を中心に明らかにする。さらに、その対象物質である BaFe2S3 の圧力下での Fe イオン電子状態を考察するために、多重極限(低温・高圧力・強磁場)環境下新奇な放射光メスバウアー分光法による実験を行い、超微視相互作用に関する情報を得る。
一方、得られる超微細相互作用の情報から電子状態を議論するためには、従来の等価演算子を用いた表記では不十分であることが今年度の結果から明らかとなりました。そのため、より複雑な混成効果を考慮した議論を行うため、球面テンソル演算子を用いた超微細相互作用の表記を確立する。
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