コドーピングによる高臨界温度鉄系超伝導体の創成と超伝導増強因子の解明

2014 年度 実施状況報告書

• 研究課題/領域番号: 25400372
• 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, 准教授 (40361175)
• 研究期間 (年度): 2013-04-01 – 2016-03-31
• キーワード: 鉄系超伝導体 / 新物質開発 / 高温超伝導

研究実績の概要

鉄系122型Ca1-xRExFe2As2 (RE = La, Ce, Pr, Nd)では、RE = Laの場合に臨界温度Tc = 43 Kの超伝導が発現するが、超伝導体積分率は極めて小さく数%程度であった。研究代表者は、この化合物に対して少量のPをドープ（LaとPのコドープ）すると超伝導体積分率が著しく上昇し、超伝導がバルク化することを見出した。観測されたTcは、鉄系122型の最高のTcであったBa1-xKxFe2As2の38 Kを遥かに越える。
平成26年度は、上記化合物の構造解析を行い、LaとPのコドープにより超伝導がバルク化する構造的な要因を調べた。その結果、Ca1-xLaxFe2(As1-yPy)2の構造が、低温において高温正方晶から格子コラプス相（低温正方相）へクロスオーバー的に変化することを見出した。一般に、122型で見られる格子コラプス転移は一次相転移であり、転移と共に超伝導が消失することが知られていた。これは、格子コラプス転移に伴ってc軸長が10%程度減少し、フェルミ面が３次元的になるためと考えられている。一方、本研究では、そのような相にクロスオーバー的に移行すると、逆に高いTcを示すことが明らかになった。この結果は、高温正方晶と格子コラプス相の間の構造揺らぎが、この化合物の超伝導発現に重要な役割を果たしていることを示唆する。さらに、格子コラプス転移の駆動力がFeAs面間のAs3-による(As2)4-分子の形成であることを考慮すると、この系の構造揺らぎは自然に電荷揺らぎを導く。そのような高エネルギーの揺らぎが高いTcの超伝導を媒介しても良いと考えられる。
平成26年度は、さらに、コドープが他の系（鉄系112型）のTc上昇に対しても有効であることを示した。今後、様々な化学種のコドーピング効果を調べ、普遍性を検証する予定である。

現在までの達成度 (区分)

1: 当初の計画以上に進展している

理由

平成26年度の研究計画は、高いTcを生じる構造的な要因を明らかにすることであった。研究実績の概要に記載した通り、当初の計画通りに進んでいる。平成26年度は、さらに、コドープによってTcが上昇する他の系を見出した。これは、平成27年度の研究計画に含まれる。したがって、本計画は当初の計画以上に進展していると判断できる。

今後の研究の推進方策

(1) コドープして得られた高Tc超伝導体の超伝導物性を評価する。

(2) 鉄系122型CaFe2As2以外の化合物へコドープの研究を展開させる。平成26年度新たにコドープの有効性が示された鉄系112型超伝導体において、Tcの向上とその要因の調査に取り組む。さらに、コドープが有効に機能する他の超伝導体を探索する。

研究成果

• [雑誌論文] Unscaling Superconducting Parameters with Tc for Bi-2212 and Bi-2223: A Magnetotransport Study in the Superconductive Fluctuation Regime (2015)
  • 著者名/発表者名: S. Adachi, T. Usui, Y. Ito, H. Kudo, H. Kushibiki, K. Murata, T. Watanabe, K. Kudo, T. Nishizaki, N. Kobayashi, S. Kimura, M. Fujita, K. Yamada, T. Noji, Y. Koike, and T. Fujii
  • 雑誌名: Journal of the Physical Society of Japan 巻: 84 ページ: 024706 (1-6)
  • DOI: 10.7566/JPSJ.84.024706
  • 査読あり
• [雑誌論文] Real Space Imaging of Spin Polarons in Zn-Doped SrCu2(BO3)2 (2015)
  • 著者名/発表者名: M. Yoshida, H. Kobayashi, I. Yamauchi, M. Takigawa, S. Capponi, D. Poilblanc, F. Mila, K. Kudo, Y. Koike, and N. Kobayashi
  • 雑誌名: Physical Review Letters 巻: 114 ページ: 056402 (1-5)
  • DOI: 10.1103/PhysRevLett.114.056402
  • 査読あり
• [雑誌論文] Coexistence of multiple charge-density waves and superconductivity in SrPt2As2 revealed by 75As-NMR/NQR and 195Pt-NMR (2015)
  • 著者名/発表者名: S. Kawasaki, Y. Tani, T. Mabuchi, K. Kudo, Y. Nishikubo, D. Mitsuoka, M. Nohara, and G.-q. Zheng
  • 雑誌名: Physical Review B 巻: 91 ページ: 060510(R) (1-5)
  • DOI: 10.1103/PhysRevB.91.060510
  • 査読あり
• [雑誌論文] Spin-singlet superconductivity with a full gap in locally noncentrosymmetric SrPtAs (2014)
  • 著者名/発表者名: K. Matano, K. Arima, S. Maeda, Y. Nishikubo, K. Kudo, M. Nohara, and G.-q. Zheng
  • 雑誌名: Physical Review B 巻: 89 ページ: 140504(R) (1-4)
  • DOI: 10.1103/PhysRevB.89.140504
  • 査読あり
• [雑誌論文] Thermal Conductivity due to Spinons in the One-Dimensional Quantum Spin System Sr2V3O9 (2014)
  • 著者名/発表者名: T. Kawamata, M. Uesaka, M. Sato, K. Naruse, K. Kudo, N. Kobayashi, and Y. Koike
  • 雑誌名: Journal of the Physical Society of Japan 巻: 83 ページ: 054601 (1-5)
  • DOI: 10.7566/JPSJ.83.054601
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Pudding-Mold-Type Band as an Origin of the Large Seebeck Coefficient Coexisting with Metallic Conductivity in Carrier-Doped FeAs2 and PtSe2 (2014)
  • 著者名/発表者名: H. Usui, K. Kuroki, S. Nakano, K. Kudo, and M. Nohara
  • 雑誌名: Journal of Electronic Materials 巻: 43 ページ: 1656-1661
  • DOI: 10.1007/s11664-013-2823-5
  • 査読あり
• [雑誌論文] Doping Dependencies of Onset Temperatures for the Pseudogap and Superconductive Fluctuation in Bi2Sr2CaCu2O8+d, Studied from Both In-Plane and Out-of-Plane Magnetoresistance Measurements (2014)
  • 著者名/発表者名: T. Usui, D. Fujiwara, S. Adachi, H. Kudo, K. Murata, H. Kushibiki, T. Watanabe, K. Kudo, T. Nishizaki, N. Kobayashi, S. Kimura, K. Yamada, T. Naito, T. Noji, and Y. Koike
  • 雑誌名: Journal of the Physical Society of Japan 巻: 83 ページ: 064713 (1-7)
  • DOI: 10.7566/JPSJ.83.064713
  • 査読あり
• [雑誌論文] Angle-Resolved Photoemission Study on Multi-Band Electronic Structure of IrTe2 (2014)
  • 著者名/発表者名: D. Ootsuki, S. Pyon, K. Kudo, M. Nohara, M. Horio, T. Yoshida, A. Fujimori, M. Arita, H. Anzai, H. Namatame, M. Taniguchi, N. L. Saini, and T. Mizokawa
  • 雑誌名: JPS Conference Proceedings 巻: 3 ページ: 016015 (1-5)
  • DOI: 10.7566/JPSCP.3.016015
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Coexistence of Bloch electrons and glassy electrons in Ca10(Ir4As8)(Fe2-xIrxAs2)5 revealed by angle-resolved photoemission spectroscopy (2014)
  • 著者名/発表者名: K. Sawada, D. Ootsuki, K. Kudo, D. Mitsuoka, M. Nohara, T. Noda, K. Horiba, M. Kobayashi, K. Ono, H. Kumigashira, N. L. Saini, and T. Mizokawa
  • 雑誌名: Physical Review B 巻: 89 ページ: 220508(R) (1-4)
  • DOI: 10.1103/PhysRevB.89.220508
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Bond order and the role of ligand states in stripe-modulated IrTe2 (2014)
  • 著者名/発表者名: K. Takubo, R. Comin, D. Ootsuki, T. Mizokawa, H. Wadati, Y. Takahashi, G. Shibata, A. Fujimori, R. Sutarto, F. He, S. Pyon, K. Kudo, M. Nohara, G. Levy, I. S. Elfimov, G. A. Sawatzky, and A. Damascelli
  • 雑誌名: Physical Review B 巻: 90 ページ: 081104(R) (1-5)
  • DOI: 10.1103/PhysRevB.90.081104
  • 査読あり
• [雑誌論文] Superconducting Transition Temperatures of up to 47 K from Simultaneous Rare-Earth Element and Antimony Doping of 112-Type CaFeAs2 (2014)
  • 著者名/発表者名: K. Kudo, Y. Kitahama, K. Fujimura, T. Mizukami, H. Ota, and M. Nohara
  • 雑誌名: Journal of the Physical Society of Japan 巻: 83 ページ: 093705 (1-4)
  • DOI: 10.7566/JPSJ.83.093705
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Superconductivity in Noncentrosymmetric Iridium Silicide Li2IrSi3 (2014)
  • 著者名/発表者名: S. Pyon, K. Kudo, J. Matsumura, H. Ishii, G. Matsuo, M. Nohara, H. Hojo, K. Oka, M. Azuma, V. O. Garlea, K. Kodama, and S. Shamoto
  • 雑誌名: Journal of the Physical Society of Japan 巻: 83 ページ: 093706 (1-5)
  • DOI: 10.7566/JPSJ.83.093706
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Temperature dependent nanoscale atomic correlations in Ir1-xPtxTe2 (x = 0.0, 0.03 and 0.04) system (2014)
  • 著者名/発表者名: B. Joseph, E. Paris, D. F. Mulato-Gomez, L. Simonelli, M. Bendele, L. Maugeri, A. Iadecola, S. Pyon, K. Kudo, M. Nohara, J. Mustre de Leon, T. Mizokawa, and N. L. Saini
  • 雑誌名: Journal of Physics: Condensed Matter 巻: 26 ページ: 375702 (1-6)
  • DOI: 10.1088/0953-8984/26/37/375702
  • 査読あり
• [雑誌論文] Determination of temperature-dependent atomic displacements in the Ca10Ir4As8(Fe2As2)5 superconductor with a metallic spacer layer (2014)
  • 著者名/発表者名: E. Paris, B. Joseph, A. Iadecola, C. Marini, K. Kudo, D. Mitsuoka, M. Nohara, T. Mizokawa, and N. L. Saini
  • 雑誌名: Physical Review B 巻: 90 ページ: 094508 (1-6)
  • DOI: 10.1103/PhysRevB.90.094508
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Synchrotron X-ray Diffraction Study of Structural Phase Transition in Ca10(Ir4As8)(Fe2-xIrxAs2)5 (2014)
  • 著者名/発表者名: N. Katayama, K. Sugawara, Y. Sugiyama, T. Higuchi, K. Kudo, D. Mitsuoka, T. Mizokawa, M. Nohara, and H. Sawa
  • 雑誌名: Journal of the Physical Society of Japan 巻: 83 ページ: 113707 (1-5)
  • DOI: 10.7566/JPSJ.83.113707
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Effect of Pt substitution on the electronic structure of AuTe2 (2014)
  • 著者名/発表者名: D. Ootsuki, K. Takubo, K. Kudo, H. Ishii, M. Nohara, N. L. Saini, R. Sutarto, F. He, T. Z. Regier, M. Zonno, M. Schneider, G. Levy, G. A. Sawatzky, A. Damascelli, and T. Mizokawa
  • 雑誌名: Physical Review B 巻: 90 ページ: 144515 (1-5)
  • DOI: 10.1103/PhysRevB.90.144515
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Simultaneous suppression of superconductivity and structural phase transition under pressure in Ca10(Ir4As8)(Fe2-xIrxAs2)5 (2014)
  • 著者名/発表者名: S. Kitagawa, S. Araki, T. C. Kobayashi, H. Ishii, K. Fujimura, D. Mitsuoka, K. Kudo, and M. Nohara
  • 雑誌名: Physical Review B 巻: 90 ページ: 224513 (1-5)
  • DOI: 10.1103/PhysRevB.90.224513
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [学会発表] 112型Ca1-xRExFeAs2の超伝導と化学置換効果 (2015)
  • 著者名/発表者名: 工藤一貴，水上輔，北濱裕，藤村一徳，野原実
  • 学会等名: 日本物理学会第70回年次大会
  • 発表場所: 早稲田大学（東京）
  • 年月日: 2015-03-21 – 2015-03-24
• [学会発表] Superconductivity induced by dimer breaking of calaverite AuTe2 (2014)
  • 著者名/発表者名: K. Kudo, H. Ishii, and M. Nohara
  • 学会等名: Ushimado International Workshop on Physics and Chemistry of Novel Superconductors and Related Materials
  • 発表場所: Okayama, Japan
  • 年月日: 2014-11-08 – 2014-11-10
• [学会発表] Superconductivity at 47 K in 112-type CaFeAs2 with simultaneous rare-earth element and antimony doping (2014)
  • 著者名/発表者名: K. Kudo, Y. Kitahama, K. Fujimura, T. Mizukami, H. Ota, and M. Nohara
  • 学会等名: Ushimado International Workshop on Physics and Chemistry of Novel Superconductors and Related Materials
  • 発表場所: Okayama, Japan
  • 年月日: 2014-11-08 – 2014-11-10
• [学会発表] Superconductivity in Ca10(Ir4As8)(Fe2As2)5 with a metallic spacer layer (2014)
  • 著者名/発表者名: K. Kudo, D. Mitsuoka, and M. Nohara
  • 学会等名: Ushimado International Workshop on Physics and Chemistry of Novel Superconductors and Related Materials
  • 発表場所: Okayama, Japan
  • 年月日: 2014-11-08 – 2014-11-10
• [学会発表] Sbドープ112型Ca1-xRExFeAs2の超伝導-負の化学圧力印加によるTc = 47 Kのバルク超伝導発現 (2014)
  • 著者名/発表者名: 工藤一貴，北濱裕，藤村一徳，水上輔，太田弘道，野原実
  • 学会等名: 京都大学基礎物理学研究所研究会「多自由度電子状態と電子相関が生み出す新奇超伝導の物理」
  • 発表場所: 京都大学（京都）
  • 年月日: 2014-10-21 – 2014-10-22
• [学会発表] Transition from interfacial to bulk superconductivity in rare-earth doped CaFe2As2 (2014)
  • 著者名/発表者名: K. Kudo, K. Iba, and M. Nohara
  • 学会等名: The International Conference on Strongly Correlated Electron Systems (SCES2014)
  • 発表場所: Grenoble, France
  • 年月日: 2014-07-07 – 2014-07-11
• [学会発表] Square-Planar Coordination of Iridium (II): Metallic Spacer Layers of Superconducting Ca10(Ir4As8)(Fe2As2)2 (2014)
  • 著者名/発表者名: K. Kudo, D. Mitsuoka, and M. Nohara
  • 学会等名: 2014 MRS Spring Meeting
  • 発表場所: San Francisco, USA
  • 年月日: 2014-04-21 – 2014-04-25
• [備考] カナダのリサーチ会社 Advances in Engineering 社が注目
  • URL: http://www.okayama-u.ac.jp/tp/news/news_id3444.html