異常な電子-格子相互作用のモデルフリー観測の試み

2017 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 26400322
• 研究機関: 関西学院大学
• 研究代表者: 水木 純一郎 関西学院大学, 理工学部, 教授 (90354977)
• 研究分担者: 藤田 全基 東北大学, 金属材料研究所, 教授 (20303894) ; 町田 昌彦 国立研究開発法人日本原子力研究開発機構, システム計算科学センター, 研究主席 (60360434)
• 研究期間 (年度): 2014-04-01 – 2018-03-31
• キーワード: 強相関電子 / 高温超伝導体 / 非弾性X線散乱 / 中性子非弾性散乱 / 格子振動 / 電子励起

研究実績の概要

物性や機能発現の主役である格子振動エネルギー領域(100meV以下の低エネルギー領域）での電荷の動的相関、特に電子‐格子相互作用の直接観察により、銅酸化物高温超伝導体における格子振動の役割を明らかにすることを目的に研究を進めている。2017年度は、J-PARCでの中性子非弾性散乱実験(INS)が2016年度終了間際に実行されたため、そのデータ解析を中心に研究を行った。試料は、LaSrCuO系では最高の超伝導転移温度を持つ組成の、[100]方向に進むCu-Oボンドストレッチ縦波光学格子振動に注目し、非弾性X線散乱(IXS)による格子振動スペクトルと中性子非弾性散乱によるそれとを比較することによって電子‐格子相互作用の異常を観測することを試みた。これは、注目する格子振動が電子との相互作用が異常に強いため、電子の動きを観るX線と原子核の動きを観る中性子で異なったスペクトル形状が観測されると期待した。結果は、IXSで観測される逆格子ベクトルQ=0.3近傍のボンドストレッチ縦波光学格子振動のスペクトル幅がINSで観測されるそれと比較して1.5倍程度大きいことが解析され、超伝導発現に関わる電子‐格子相互作用の異常を観測したと考えている。
また、、銅酸化物超伝導体に関して、(1)T’構造Pr1.4La0.6CuO4の頂点酸素量を制御した単結晶による磁気励起の観測により、頂点酸素がスピン相関を劇的に誘起させることを発見した。(2)FeSe系超伝導体で高圧誘起超伝導発現(SC-II相）に注目し、FeSe層間にアンモニア分子を挿入した試料の高圧下発光分光法、X線回折法、放射光メスバウアー分光法により電子状態、磁性状態、結晶構造を解析することができ、SC-II発現にスピン相関が誘起した軌道揺らぎが関わっているモデルを提唱した。（論文投稿中）

研究成果

• [国際共同研究] The University of Texas at Austin/Brookhaven National Laboratory/Carnegie Institution of Washington(米国)
  • 国名: 米国
  • 外国機関名: The University of Texas at Austin/Brookhaven National Laboratory/Carnegie Institution of Washington
• [国際共同研究] NSRRC(Taiwan)
  • 国名: その他の国・地域
  • 外国機関名: NSRRC
• [国際共同研究] Center for High Pressure Sci. Tech./Univ. Chinese Academy of Sciences(China)
  • 国名: 中国
  • 外国機関名: Center for High Pressure Sci. Tech./Univ. Chinese Academy of Sciences
• [国際共同研究] University of Genova(Italy)
  • 国名: イタリア
  • 外国機関名: University of Genova
• [国際共同研究] Vienna University of(Austria)
  • 国名: オーストリア
  • 外国機関名: Vienna University of
• [国際共同研究]
  • 他の国数: 1
• [雑誌論文] Reentrant valence transition in YbCu4:5 under pressure (2018)
  • 著者名/発表者名: H. Yamaoka, N. Tsujii, Y. Yamamoto, Y. Michiue, J.-F. Lin, N. Hiraoka, H. Ishii, K.-D. Tsuei, J. Mizuki
  • 雑誌名: Physical Review B 巻: 97 ページ: 085106
  • DOI: 10.1103/PhysRevB.97.085106
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Electronic structures and spin states of BaFe2As2 and SrFe2As2 probed by x-ray emission spectroscopy at Fe and As K-absorption edges (2017)
  • 著者名/発表者名: H. Yamaoka, Y. Yamamoto, J.-F. Lin, J. J. Wu, X. Wang, C. Jin, M. Yoshida, S. Onari, S. Ishida, Y. Tsuchiya, N. Takeshita, N. Hiraoka, H. Ishii, K.-D. Tsuei, P. Chow, Y. Xiao, and J. Mizuki,
  • 雑誌名: Physical Review B 巻: 96 ページ: 085129 (1-2)
  • DOI: 10.1103/PhysRevB.96.085129
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Observation of momentum-dependent charge excitations in hole-doped cuprates using resonant inelastic x-ray scattering at the oxygen K edge (2017)
  • 著者名/発表者名: K. Ishii, T. Tohyama, S. Asano, K. Sato, M. Fujita, S. Wakimoto, K. Tustsui, S. Sota, J. Miyawaki, H. Niwa, Y. Harada, J. Pelliciari, Y. Huang, T. Schmitt, Y. Yamamoto, and J. Mizuki,
  • 雑誌名: Physical Review B 巻: 96 ページ: 115148 (1-8)
  • DOI: 10.1103/PhysRevB.96.115148
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Pressure-induced anomalous valence crossover in cubic YbCu5-based compounds (2017)
  • 著者名/発表者名: H. Yamaoka, N. Tsujii, M. Suzuki, Y. Yamamoto, I. Jarrige, H. Sato, J.-F. Lin, T. Mito, J. Mizuki, H. Sakurai, O. Sakai, N. Hiraoka, H. Ishii, K.-D. Tsuei, M. Giovannini and E. Bauer,
  • 雑誌名: Scientific Reports 巻: 7 ページ: 5846
  • DOI: 10.1038/s41598-017-06190-3
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Electronic structure of ferromagnetic heavy fermion, YbPdSi, YbPdGe, and YbPtGe studied by photo-electron spectroscopy, x-ray emission spectroscopy, and DFT+DMFT calculations (2017)
  • 著者名/発表者名: H. Yamaoka, P. Thunstrom, N. Tsujii, K. Katoh, Y. Yamamoto, E. F. Schwier, K. Shimada, H. Iwasawa, M. Arita, I. Jarrige, N. Hiraoka, H. Ishii, K.-D. Tsuei and J. Mizuki,
  • 雑誌名: J. Physics: Condenst Matter 巻: 29 ページ: 475502-475510
  • DOI: 10.1088/1361-648X/aa8b98
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Observation of momentum-dependent charge excitations in hole-doped cuprates using resonant inelastic x-ray scattering at the oxygen K edge (2017)
  • 著者名/発表者名: M. Taguchi, H. Yamaoka, Y. Yamamoto, H. Sakurai, N. Tsujii, M. Sawada, H. Daimon, K. Shimada, J. Mizuki
  • 雑誌名: Physical Review B 巻: 96 ページ: 245113 (1-6)
  • DOI: 10.1103/PhysRevB.96.245113
  • 査読あり / オープンアクセス
• [学会発表] Resonant Inelastic X-ray Scattering study in Materials science (2018)
  • 著者名/発表者名: Jun'ichiro Mizuki
  • 学会等名: 6th Annual Conference of Analytix 2018
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Electronic Excitations of Copper- and Iron-based Superconductors Studied by Resonant and Non-Resonant Inelastic X-ray Scattering (2017)
  • 著者名/発表者名: Jun'ichiro Mizuki
  • 学会等名: International Conference on Advanced Materials 2017
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Electronic Excitation of Cuprates and Iron-based Superconductors Studies by Inelastic X-ray Scattering (2017)
  • 著者名/発表者名: Jun'ichiro Mizuki
  • 学会等名: 4th Annual Global Congress of Knowledge Economy-2017
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Origin of the pressure-induced second superconducting phase of (NH3)yCs0.4FeSe with double-dome superconductivity (2017)
  • 著者名/発表者名: Y. Yamamoto, H. Yamaoka, M. Yoshida, R. Tanaka, S. Shonai, N. Hirao, S. Imada, Y. Oishi, L. Zheng, Xiao Mio, Y. Kubozono, S. Onari, J.-F. Lin, N. Hiraoka, H. Ishii, K.-D. Tuei, J. Mizuki
  • 学会等名: The 10th international conference on Inelastic X-ray Scattering (IXS)
  • 国際学会
• [学会発表] In Situ Observation of Electronic State Related to Adsorption State on Pt/C Surface by X-ray Absorption Spectroscopy (2017)
  • 著者名/発表者名: S. Kusano, D. Matsumura, H. Kishi, T. Sakamoto, S. Yamaguchi, K. Ishii, H. Tanaka, J. Mizuki
  • 学会等名: 国際シンポジウム“Future Earth”エネルギー課題に資する新奇なナノ物質・触媒・表面
  • 国際学会
• [学会発表] 鉄系超伝導体LnFeAsO1-xHxの高圧下でのX線発光分光、吸収分光、X線回折測定 (2017)
  • 著者名/発表者名: 川井拓真, 山本義哉, 山岡人志, 吉田雅洋, 石井啓文, 平岡望, Ku-Ding TsueiC, Jung-Fu Lin, 山浦淳一, 飯村壮史, 松村聡, 細野秀雄, 水木純一郎
  • 学会等名: 日本物理学会秋季大会
• [学会発表] 鉄系超伝導体KxFe2-ySe2の高圧下メスバウアー分光測定 (2017)
  • 著者名/発表者名: 山本義哉，三井隆也，北尾真司，瀬戸誠，溝畑尚幸，尾崎壽紀，山岡人志，水木純一郎
  • 学会等名: 日本物理学会秋季大会