中性子散乱による鉄系超伝導体のスピン揺動の研究

2013 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 24340090
• 研究機関: 独立行政法人産業技術総合研究所
• 研究代表者: 李 哲虎 独立行政法人産業技術総合研究所, エネルギー技術研究部門, 主任研究員 (80358358)
• 研究期間 (年度): 2012-04-01 – 2015-03-31
• キーワード: 鉄系超伝導体 / 中性子非弾性散乱 / スピン揺動 / レゾナンスモード

研究概要

本年度は中性子非弾性散乱実験に用いるBa1-xKxFe2As2単結晶のうち組成がx=0.58,0.77,0.85のものを作製することに成功した。各組成単結晶をアセンブルし、実験に用いた。
Ba1-xKxFe2As2のスピン揺動の測定では、x=0.58,0.77の超伝導相において明瞭なレゾナンスピークを観測した。昨年度の結果と合わせてレゾナンスピークエネルギーと強度の組成依存性が明らかとなった。その結果、レゾナンスピークの振る舞いが0.7近傍で激変することが分かった。ARPESなどの測定では超伝導のギャップ構造がx~0.7近傍で変わることが示唆されており、これと今回観測されたレゾナンスピークの振る舞いが関連しているように見える。偏極中性子非弾性散乱実験ではx=0.50のレゾナンスピークにスピン空間異方性が若干あることを明らかにした。Co最適ドープの試料よりも異方性は小さい。これは今回のK-50%ドープの試料が反強磁性相から離れているためであると思われる。このように反強磁性相とスピン空間異方性の関連が示唆される結果が得られた。
また、J-PARCでのパルス中性子散乱実験では、Ba1-xKxFe2As2(x=0.5)のスピン励起をゾーンセンターからゾーンバウンダリーに渡って測定した。その結果、スピン励起の分散関係が明らかとなった。磁気励起ピークはE=300meV付近まで確認できた。Tcの低いKFe2As2と比べてエネルギースケールが大きく、磁性と超伝導の相関関係を示唆する結果が得られた。

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

予定していた中性子非弾性散乱実験用の単結晶作製に成功し、磁気非弾性散乱ピークの系統的な測定に成功した。依然として、国内の研究用原子炉(JRR-3)は再稼働できていないが、国外の研究機関にて実験することにより、滞りなく研究を進めることができた。

今後の研究の推進方策

今後も当面、研究用原子炉(JRR-3)が再稼働しない可能性がある。その場合でも研究が推進できるよう、海外の研究機関にて中性子非弾性散乱実験を行う用意を進める。

次年度の研究費の使用計画

H25年度に実施予定であった海外での中性子非弾性散乱実験などがH26年度にずれ込んだため、直接経費次年度使用の助成金が発生した。
H26年度は主に海外での中性子非弾性散乱実験及び試料作製などに研究費を使用する予定である。

研究成果

• [雑誌論文] Thermodynamic Study of Nodal Structure and Multiband Superconductivity of KFe2As2 (2014)
  • 著者名/発表者名: S. Kittaka, Y. Aoki, N. Kase, T. Sakakibara, T. Saito, H. Fukazawa, Y. Kohori, K. Kihou, C. H. Lee, A. Iyo, H. Eisaki, K. Deguchi, N. K. Sato, Y. Tsutsumi, and K. Machida
  • 雑誌名: J. Phys. Soc. Jpn. 巻: 83 ページ: 013704-1-4
  • DOI: 10.7566/JPSJ.83.013704
  • 査読あり
• [雑誌論文] Universality of the Dispersive Spin-Resonance Mode in Superconducting BaFe2As2 (2013)
  • 著者名/発表者名: C. H. Lee, P. Steffens, N. Qureshi, M. Nakajima, K. Kihou, A. Iyo, H. Eisaki, and M. Braden
  • 雑誌名: Phys. Rev. Lett. 巻: 111 ページ: 167002-1-5
  • DOI: 10.1103/PhysRevLett.111.167002
  • 査読あり
• [雑誌論文] Selective Raman Scattering Detection of the Dirac Node and the Anti-node of the Spin Density Wave Gap and Magnetic Excitations in BaFe2As2 (2013)
  • 著者名/発表者名: S. Sugai, Y. Mizuno, R. Watanabe, T. Kawaguchi, K. Takenaka, H. Ikuta, K. Kihou, M. Nakajima, C. H. Lee, A. Iyo, H. Eisaki, and S. Uchida
  • 雑誌名: J. Supercond. Nov. Magn. 巻: 26 ページ: 1179-1183
  • DOI: 10.1007/s10948-012-1966-6
  • 査読あり
• [雑誌論文] Anisotropy of the in-plane resistivity of underdoped Ba(Fe1-xCox)2As2 superconductors induced by impurity scattering in the antiferromagnetic orthorhombic phase (2013)
  • 著者名/発表者名: S. Ishida, M. Nakajima, T. Liang, K. Kihou, C. H. Lee, A. Iyo, H. Eisaki, T. Kakeshita, Y. Tomioka, T. Ito, and S. Uchida
  • 雑誌名: Phys. Rev. Lett. 巻: 110 ページ: 207001-1-5
  • DOI: 10.1103/PhysRevLett.110.207001
  • 査読あり
• [雑誌論文] Hysteretic superconducting resistive transition in Ba0.07K0.93Fe2As2 (2013)
  • 著者名/発表者名: T. Terashima, K. Kihou, M. Tomita, S. Tsuchiya, N. Kikugawa, S. Ishida, C. H. Lee, A. Iyo, H. Eisaki, and S. Uji
  • 雑誌名: Phys. Rev. B 巻: 87 ページ: 184513-1-5
  • DOI: 10.1103/PhysRevB.87.184513
  • 査読あり
• [雑誌論文] Fermi surface in KFe2As2 determined via de Haas-van Alphen oscillation measurements (2013)
  • 著者名/発表者名: T. Terashima, N. Kurita, M. Kimata, M. Tomita, S. Tsuchiya, M. Imai, A. Sato, K. Kihou, C. H. Lee, H. Kito, H. Eisaki, A. Iyo, T. Saito, H. Fukazawa, Y. Kohori, H. Harima, and S. Uji
  • 雑誌名: Phys. Rev. B 巻: 87 ページ: 224512-1-13
  • DOI: 10.1103/PhysRevB.87.224512
  • 査読あり
• [雑誌論文] Quantum oscillations in iron-based superconductors: BaFe2As2 vs. KFe2As2 (2013)
  • 著者名/発表者名: T. Terashima, N. Kurita, M. Kimata, M. Tomita, S. Tsuchiya, H. Satsukawa, A. Harada, K. Hazama, M. Imai, A. Sato, S. Uji, K. Kihou, C. H. Lee, H. Kito, Y. Tomioka, T. Ito, A. Iyo, H. Eisaki, T. Liang, M. Nakajima et al.
  • 雑誌名: J. Phys.: Conf. Ser. 巻: 449 ページ: 012022-1-6
  • DOI: 10.1088/1742-6596/449/1/012022
  • 査読あり
• [雑誌論文] Crossover from bad to good metal in BaFe2(As1－xPx)2 induced by isovalent P substitution (2013)
  • 著者名/発表者名: M. Nakajima, T. Tanaka, S. Ishida, K. Kihou, C. H. Lee, A. Iyo, T. Kakeshita, H. Eisaki, and S. Uchida
  • 雑誌名: Phys. Rev. B 巻: 88 ページ: 094501-1-4
  • DOI: 10.1103/PhysRevB.88.094501
  • 査読あり
• [雑誌論文] Probing the anisotropic vortex lattice in the Fe-based superconductor KFe2As2 using small-angle neutron scattering (2013)
  • 著者名/発表者名: H. Kawano-Furukawa, Lisa DeBeer-Schmitt, H. Kikuchi, A. S. Cameron, A. T. Holmes, R. W. Heslop, E. M. Forgan, J. S. White and J. L. Gavilano, K. Kihou, C. H. Lee, A. Iyo, H. Eisaki,T. Saito, H. Fukazawa, and Y. Kohori
  • 雑誌名: Phys. Rev. B 巻: 88 ページ: 134524-1-8
  • DOI: 10.1103/PhysRevB.88.134524
  • 査読あり
• [学会発表] 中性子散乱による鉄系超伝導体のスピン揺動の研究
  • 著者名/発表者名: 李 哲虎、木方 邦宏、中島 正道、伊豫 彰、永崎 洋、P. Steffens、N. Qureshi、Markus Braden
  • 学会等名: 金研ワークショップ、偏極中性子非弾性散乱の新展開 -- J-PARC/POLANOが拓く新しい物質科学 --
  • 発表場所: 東北大、仙台市
  • 招待講演
• [学会発表] Spin fluctuations of BaFe2(As,P)2 studied by neutron scattering
  • 著者名/発表者名: 李 哲虎、P. Steffens、N. Qureshi、木方 邦宏、中島 正道、伊豫 彰、永崎 洋、Markus Braden
  • 学会等名: International Conference on Neutron Scattering 2013
  • 発表場所: Edinburgh, イギリス
• [学会発表] Spin fluctuations of BaFe2(As,P)2 studied by neutron scattering
  • 著者名/発表者名: 李 哲虎、P. Steffens、N. Qureshi、中島 正道、木方 邦宏、伊豫 彰、永崎 洋、Markus Braden
  • 学会等名: The International Conference on Strongly Correlated Electron Systems 2013
  • 発表場所: 東京
• [学会発表] Spin fluctuations of BaFe2(As,P)2 studied by neutron scattering
  • 著者名/発表者名: 李 哲虎、P. Steffens、N. Qureshi、中島 正道、木方 邦宏、伊豫 彰、永崎 洋、Markus Braden
  • 学会等名: LPBMS2013
  • 発表場所: エポカル、つくば市
• [学会発表] 中性子散乱による(Ba,K)Fe2As2 のスピン揺動の研究
  • 著者名/発表者名: 李 哲虎、堀金和正、木方 邦宏、藤田慧、N. Qureshi、伊豫 彰、永崎 洋、秋光純、Markus Braden
  • 学会等名: 日本物理学会２０１３年秋季大会
  • 発表場所: 徳島大学、徳島市
• [学会発表] 中性子散乱による鉄系超伝導体のスピン揺動の研究
  • 著者名/発表者名: 李 哲虎、木方 邦宏、中島 正道、伊豫 彰、永崎 洋、堀金和正、藤田慧、秋光純、P. Steffens、N. Qureshi、Markus Braden
  • 学会等名: 基研研究会「鉄系高温超伝導の物理 ～スピンと軌道の協奏～」
  • 発表場所: 京大、京都
• [学会発表] Anisotropic resonance peak in iron-based superconductors studied by neutron scattering
  • 著者名/発表者名: 李 哲虎、P. Steffens、N. Qureshi、中島 正道、木方 邦宏、伊豫 彰、永崎 洋、Markus Braden
  • 学会等名: International Workshop on Novel Superconductors and Super Materials 2013
  • 発表場所: 東京都
• [学会発表] What is an essential factor for determining Tc in Iron Pnictides? - In terms of crystal strucure and spin fluctuations. -
  • 著者名/発表者名: 李 哲虎、木方 邦宏、伊豫 彰、永崎 洋、山田 和芳、Maria Teresa Fernandez-Diaz、Markus Braden
  • 学会等名: 專題演講心得 (Colloquium)
  • 発表場所: 精華大学、台湾
  • 招待講演
• [学会発表] What is an essential factor for determining Tc in Iron Pnictides? - In terms of crystal strucure and spin fluctuations. -
  • 著者名/発表者名: 李 哲虎、木方 邦宏、伊豫 彰、永崎 洋、山田 和芳、Maria Teresa Fernandez-Diaz、Markus Braden
  • 学会等名: 博士班專題討論 (Seminar)
  • 発表場所: 成功大学、台湾
  • 招待講演
• [学会発表] 中性子散乱による鉄系超伝導体のスピン揺動の研究
  • 著者名/発表者名: 李 哲虎、木方 邦宏、中島 正道、伊豫 彰、永崎 洋、堀金和正、藤田慧、秋光純、P. Steffens、J. Park、N. Qureshi、Markus Braden
  • 学会等名: 「CROSSroads of Users and J-PARC（第9回 ”超伝導、磁性とフラストレーション"）」
  • 発表場所: 東海村
  • 招待講演
• [学会発表] 鉄系超伝導体における異方的なレゾナンスピークの研究
  • 著者名/発表者名: 李 哲虎、P. Steffens、N. Qureshi、中島 正道、木方 邦宏、伊豫 彰、永崎 洋、Markus Braden
  • 学会等名: 日本中性子科学会第１３回年会
  • 発表場所: 物性研、柏市
• [学会発表] 中性子散乱による鉄系超伝導体の異方的レゾナンスピークの研究
  • 著者名/発表者名: 李 哲虎
  • 学会等名: Superconductivity Interdisciplinary Seminar 2014
  • 発表場所: 長野
  • 招待講演