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2015 年度 実績報告書

放射光X線共鳴非弾性散乱による銅酸化物高温超伝導体のスピン・電荷励起

研究課題

研究課題/領域番号 25400333
研究機関国立研究開発法人日本原子力研究開発機構

研究代表者

石井 賢司  国立研究開発法人日本原子力研究開発機構, 原子力科学研究部門 量子ビーム応用研究センター, 研究主幹 (40343933)

研究分担者 藤田 全基  東北大学, 金属材料研究所, 教授 (20303894)
脇本 秀一  国立研究開発法人日本原子力研究開発機構, 原子力科学研究部門 量子ビーム応用研究センター, 研究主幹 (40399415)
研究期間 (年度) 2013-04-01 – 2016-03-31
キーワードX線散乱 / 非弾性散乱 / 銅酸化物超伝導体 / スピン励起 / 電荷励起
研究実績の概要

本課題では、ここ数年の間に著しく技術が進歩した放射光X線を用いた共鳴非弾性散乱法(RIXS)により、銅酸化物高温超伝導体を対象として、スピン、及び、電荷の動的相関、励起状態を観測し、電荷ドープされたモット絶縁体の電子の運動状態の研究を行った。特に、系統的なドーピング依存性を調べることにより、モット絶縁体がキャリアドープにより金属化していく過程での、電子ダイナミクスの変遷を明らかにすることを目的とした。
電子ドープ系については、Nd2-xCeCuO4のRIXS実験から100 meV以上にある高エネルギースピン励起はドープが進むにつれて幅を広げながらより高エネルギーにシフトすることがわかった。一方、ホールドープ系はオーバードープLa2-xSrxCuO4の実験を行った。ホールドープ系の高エネルギースピン励起は、これまでドーピングしてもほとんど分散が変化しないという報告がいくつかなされていたが、この特徴は運動量(pi,0)方向の特徴であり、(pi,pi)方向についてはゾーン端でドーピングによりソフト化していることがわかった。以上の結果から、銅酸化物高温超伝導体のスピン励起は電子とホールで対照的なドーピング依存性を示すことが明らかになった。
さらに、電子ドープ系の実験では、Γ点近くでスピン励起よりも高エネルギー側に電荷励起と考えられる励起が観測され、これまでは観測が難しかったΓ点近くの電荷励起の素性も明らかにすることができた。
平成27年度はこれらの成果報告・とりまとめに加え、銅酸化物高温超伝導体の類縁物質である梯子格子銅酸化物において、電荷秩序が融解したときに生じる電荷励起、電荷揺らぎのエネルギー運動量依存性を明らかにし、その成果も報告した。

  • 研究成果

    (9件)

すべて 2016 2015 その他

すべて 国際共同研究 (2件) 雑誌論文 (3件) (うち国際共著 1件、 査読あり 3件、 謝辞記載あり 3件、 オープンアクセス 1件) 学会発表 (4件) (うち国際学会 2件、 招待講演 3件)

  • [国際共同研究] Politenico di Milano(Italy)

    • 国名
      イタリア
    • 外国機関名
      Politenico di Milano
  • [国際共同研究] European Synchrotron Radiation Facility(France)

    • 国名
      フランス
    • 外国機関名
      European Synchrotron Radiation Facility
  • [雑誌論文] Observation of momentum-resolved charge fluctuations proximate to the charge-order phase using resonant inelastic x-ray scattering2016

    • 著者名/発表者名
      M. Yoshida, K. Ishii, M. Naka, S. Ishihara, I. Jarrige, K. Ikeuchi, Y. Murakami, K. Kudo, Y. Koike, T. Nagata, Y. Fukada, N. Ikeda, and J. Mizuki
    • 雑誌名

      Scientific Reports

      巻: 7 ページ: 23611 (1-8)

    • DOI

      10.1038/srep23611

    • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] 共鳴非弾性X線散乱を用いた強相関電子系研究の進展2016

    • 著者名/発表者名
      石井賢司
    • 雑誌名

      固体物理

      巻: 79 ページ: 79-92

    • 査読あり / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] High-energy magnetic excitations in overdoped La2-xSrxCuO4 studied by neutron and resonant inelastic X-ray scattering2015

    • 著者名/発表者名
      S. Wakimoto, K. Ishii, H. Kimura, M. Fujita, G. Dellea, K. Kummer, L. Braicovich, G. Ghiringhelli, L. M. Debeer-Schmitt, and G. E. Granroth
    • 雑誌名

      Physical Review B

      巻: 91 ページ: 184513 (1-7)

    • DOI

      10.1103/PhysRevB.91.184513

    • 査読あり / 国際共著 / 謝辞記載あり
  • [学会発表] Momentum-resolved charge fluctuations proximate to the charge-order phase measured by resonant inelastic x-ray scattering2016

    • 著者名/発表者名
      K. Ishii, M. Yoshida, M. Naka, S. Ishihara, I. Jarrige, K. Ikeuchi, Y. Murakami, K. Kudo, Y. Koike, T. Nagata, Y. Fukada, N. Ikeda, and J. Mizuki
    • 学会等名
      International Conference on Low-Energy Electrodynamics in Solids 2016
    • 発表場所
      ホテルラフォーレ琵琶湖(滋賀県守山市)
    • 年月日
      2016-05-29 – 2016-06-03
    • 国際学会
  • [学会発表] 銅酸化物におけるスピン波励起と世界の硬X線RIXSの現状2016

    • 著者名/発表者名
      石井賢司
    • 学会等名
      日本物理学会第71回年次大会
    • 発表場所
      東北学院大学(宮城県仙台市)
    • 年月日
      2016-03-19 – 2016-03-22
    • 招待講演
  • [学会発表] Spin and charge excitations in doped cuprates2015

    • 著者名/発表者名
      Kenji Ishii
    • 学会等名
      The 9th international conference on Inelastic X-ray Scattering
    • 発表場所
      新竹 (台湾)
    • 年月日
      2015-11-22 – 2015-11-26
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] X線非弾性散乱による電子の動的構造の研究2015

    • 著者名/発表者名
      石井賢司
    • 学会等名
      PF研究会「次世代放射光光源を用いた構造物性研究への期待」
    • 発表場所
      エネルギー加速器研究機構(茨城県つくば市)
    • 年月日
      2015-07-27 – 2015-07-28
    • 招待講演

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公開日: 2017-01-06  

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