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2015 年度 実施状況報告書

モット絶縁体近傍の磁性と超伝導の共存相のNMRによる研究

研究課題

研究課題/領域番号 26400356
研究機関大阪大学

研究代表者

北岡 良雄  大阪大学, 基礎工学研究科, 教授 (70110707)

研究期間 (年度) 2014-04-01 – 2017-03-31
キーワード銅酸化物高温超伝導 / 高温超伝導発現機構 / NMR/NQR / 反強磁性と超伝導の共存 / 強相関電子系 / 多層系銅酸化物
研究実績の概要

本研究課題では、銅酸化物高温超伝導の発現機構の解明に向け、ミクロな観点から電子状態を明らかにできる核磁気共鳴実験手法を用いて、乱れのない理想的な銅酸素面を有する超多層型構造をもつ銅酸化物における層毎の電子状態を調べ、キャリアがドープされたモット絶縁体近傍の強相関金属状態の新しい量子物質相の解明を目指している。
27年度は、Tl1256(Tc=100K)、Hg1256(Tc=103K,98K,93K)、のドープ量の異なる4つの六層型銅酸化物の試料に対して、高温域まで十分なNMR信号強度が期待できる、電荷供給層に位置している核(Tl, Hg) においてNMR を行った。
Tl 系の試料においては、NMR 線幅(FWHM) とT_1 測定から明確にT_N を決定できた。NMR線幅(FWHM) は、170 K 以下で反強磁性秩序による増大が見られた。また、1/T_1T の温度変化の極大点と対応しており、T_N 以下で反強磁性が試料全体で均一に起こっていることが分かった。
さらにHg 系の六層型試料においても、低温におけるスペクトルの線幅の増大から磁気秩序の形成を確認でき、ここからT_N を見積もることができた。ドープ量とT_N の関係から六層型の相図を作成すると、反強磁性相が五層型の場合と比べてさらに高ドープ側に張り出していることがわかった。以上の実験から、T_N を決定する重要な要素として面間の磁気結合が関係していることを結論することができた。

現在までの達成度 (区分)
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

銅酸化物高温超伝導物質の反強磁性と高温超伝導の電子相図を作成するためには、磁気転移温度、T_N を決定することが重要であり、今まで六層型ではT_N を決定出来ていなかったが、205Tl-NMRにおけるFWHM の温度依存性とT_1 測定によってl1256 のT_N を初めて決定することができた。
199Hg-NMR ではNMRスペクトルの線幅(FWHM) の温度依存性からHg1256 のT_N を見積もり、六層型の詳細な温度-ホール濃度相図を求めることができた。反強磁性相が消失する臨界ホール濃度は、五層型と比べると、より高ホールドープ側へシフトしていることが分かった。
さらに、五層系から六層系に銅酸素面が一層増加するだけで、T_N が4倍以上も増大する一方、超伝導転移温度は、100 Kとほとんど変化しない驚くべき結果を得た。その理由として、Tl1245 とTl1256 の比較から面間の磁気結合が強まっていることが明確にった。
さらに、tーJ モデルに基づいた理論計算から得られる相図とよく一致したこと、面内の超交換相互作用J が超伝導と反強磁性の起源となることから、超伝導転移温度は、T_Nの大きさには、あまり依存しない可能性を指摘した。

今後の研究の推進方策

銅酸化物多層構造の最も内側のCuO2(IP)層ついて、① 層毎のホール濃度を制御させた試料を用いて、超伝導が発現する臨界キャリア濃度の探索し、②反強磁性・超伝導の両秩序変数の相互結合効果明らかにし、③核スピンー格子緩和時間の測定から超伝導状態における磁気励起を調べことによって、理論との整合性についてさらなる検証する。

  • 研究成果

    (19件)

すべて 2016 2015

すべて 雑誌論文 (3件) (うち査読あり 3件、 謝辞記載あり 3件、 オープンアクセス 2件) 学会発表 (16件)

  • [雑誌論文] Multiple Antiferromagnetic Spin Fluctuations and Novel Evolution of Tc in Iron-based superconductors LaFe(As1-xPx)(O1-yFy) revealed by 31P-NMR Studies2016

    • 著者名/発表者名
      Takayoshi Shiota, Hidekazu Mukuda, Masahiro Uekubo, Fuko Engetsu, Mitsuharu Yashima, Yoshio Kitaoka, Kwing To Lai, Hidetomo Usui, Kazuhiko Kuroki, Shigeki Miyasaka, and Setsuko Tajima
    • 雑誌名

      J. Phys. Soc. Jpn.

      巻: 85 ページ: 053706/1-4

    • DOI

      http://doi.org/10.7566/JPSJ.85.053706

    • 査読あり / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] NMR evidence for an intimate relationship betweenantiferromagnetic spin fluctuations and extended s-wavesuperconductivity in monocrystalline SrFe2(As1-xPx)22015

    • 著者名/発表者名
      M. Yashima, Y. Kitaoka, S. Miyasaka, and S. Tajima
    • 雑誌名

      Phys. Rev. B

      巻: 92 ページ: 125154/1-7

    • DOI

      http://dx.doi.org/10.1103/PhysRevB.92.125154

    • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Reemergent phase of antiferromagnetic order in iron-based superconductor LaFe(As1-xPx)O probed by 31P-NMR2015

    • 著者名/発表者名
      F. Engetsu, T. Shiota, K. T. Lai, H. Mukuda, M. Yashima, Y. Kitaoka, S. Miyasaka,and S. Tajima
    • 雑誌名

      Journal of Physics: Conference Series

      巻: 592 ページ: 012072

    • DOI

      10.1088/1742-6596/592/1/012072

    • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
  • [学会発表] ダイヤモンドアンビルセルを用いた超高圧NMR測定の開発2016

    • 著者名/発表者名
      阪野文秀,椋田秀和,八島光晴,北岡良雄,榮永茉莉,益田明宜,清水克哉
    • 学会等名
      日本物理学会 2016年 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
      2016-03-22 – 2016-03-22
  • [学会発表] β”-(BEDT-TTF)4[(H3O)M(C2O4)3]CH2 Cl2 (M = Fe, Ga)のD-NMRによる研究2016

    • 著者名/発表者名
      吉田幸司,八島光晴,椋田秀和,北岡良雄,今城周作,圷広樹,中澤康浩
    • 学会等名
      日本物理学会 2016年 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
      2016-03-21 – 2016-03-21
  • [学会発表] 電荷供給層から見た六層型銅酸化物高温超伝導体における磁気秩序の発達2016

    • 著者名/発表者名
      志岐望,木本野樹,椋田秀和,八島光晴,北岡良雄,橋本拓也,常盤和靖,伊豫彰
    • 学会等名
      日本物理学会 2016年 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
      2016-03-20 – 2016-03-20
  • [学会発表] Cu-NMRによる銅酸化物Pr2CuO4の電子構造測定2016

    • 著者名/発表者名
      加藤大智,坂本拓矢,椋田秀和,八島光晴,北岡良雄,浅野駿,鈴木謙介,藤田全基,Y.Krockenberger,山本秀樹
    • 学会等名
      日本物理学会 2016年 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
      2016-03-20 – 2016-03-20
  • [学会発表] Cu-NMRによる超低ドープ三層型銅酸化物Bi2Sr2Ca2Cu3O (10+x)の低温での磁気2016

    • 著者名/発表者名
      坂本拓矢,椋田秀和,八島光晴,北岡良雄,足立伸太郎,渡辺孝夫
    • 学会等名
      日本物理学会 2016年 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
      2016-03-20 – 2016-03-20
  • [学会発表] 重い電子系化合物CeRhIn5の圧力下における不整合反強磁性のIn-NQRによる研究2016

    • 著者名/発表者名
      八島光晴,椋田秀和,北岡良雄,宍戸寛明,摂待力男,大貫惇睦
    • 学会等名
      日本物理学会 2016年 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
      2016-03-20 – 2016-03-20
  • [学会発表] Te-NMRによるPb1-xTlxTe(x=0~0.01)超伝導体における電荷移動揺らぎの探索2016

    • 著者名/発表者名
      松村隆史,牧翔太,椋田秀和,八島光晴,北岡良雄,村上博成,Giraldo-Gallo,I. Fisher,T. Geballe
    • 学会等名
      日本物理学会 2016年 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 – 2016-03-19
  • [学会発表] 鉄系超伝導体LaFe(As1-xPx)(O1-yFy)における圧力下NMR2016

    • 著者名/発表者名
      塩田貴佳,八島光晴,椋田秀和,北岡良雄,上久保将大,K. T. Lai,宮坂茂樹,田島節子
    • 学会等名
      日本物理学会 2016年 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 – 2016-03-19
  • [学会発表] Cu-NMRによる銅酸化物Pr2CuO4におけるアニール効果2015

    • 著者名/発表者名
      坂本拓矢,椋田秀和,八島光晴,北岡良雄,浅野駿,鈴木謙介,藤田全基,Y.Krockenberger,山本秀樹
    • 学会等名
      日本物理学会 2015年 秋季大会
    • 発表場所
      関西大学(大阪府・吹田市)
    • 年月日
      2015-09-19 – 2015-09-19
  • [学会発表] 多層型銅酸化物高温超伝導体(n=5,6)における層間磁気結合効果と電子相図2015

    • 著者名/発表者名
      志岐望,木本野樹,椋田秀和,北岡良雄,橋本拓矢,常盤和靖,伊豫彰
    • 学会等名
      日本物理学会 2015年 秋季大会
    • 発表場所
      関西大学(大阪府・吹田市)
    • 年月日
      2015-09-19 – 2015-09-19
  • [学会発表] 鉄系超伝導体LaFe(As1-xPx)(O1-yFy)におけるNMR2015

    • 著者名/発表者名
      塩田貴佳,圓月風子,椋田秀和,八島光晴,北岡良雄,上久保将大,K. T. Lai,宮坂茂樹,田島節子
    • 学会等名
      日本物理学会 2015年 秋季大会
    • 発表場所
      関西大学(大阪府・吹田市)
    • 年月日
      2015-09-19 – 2015-09-19
  • [学会発表] β”型有機超伝導体(BEDT-TTF)の2H-NMRによる研究22015

    • 著者名/発表者名
      吉田幸司,杉山智紀,八島光晴,椋田秀和,北岡良雄,今城周作,圷広樹,中澤康浩
    • 学会等名
      日本物理学会 2015年 秋季大会
    • 発表場所
      関西大学(大阪府・吹田市)
    • 年月日
      2015-09-19 – 2015-09-19
  • [学会発表] 重い電子系化合物CeRhIn5の不整合反強磁性と超伝導のIn-NQRによる研究2015

    • 著者名/発表者名
      八島光晴,道添竜治,椋田秀和,北岡良雄,宍戸寛明,摂待力男,大貫惇睦
    • 学会等名
      日本物理学会 2015年 秋季大会
    • 発表場所
      関西大学(大阪府・吹田市)
    • 年月日
      2015-09-17 – 2015-09-17
  • [学会発表] 電子線照射したSrFe2(As1-xPx)2における超伝導と反強磁性揺らぎ:31 P-NMR2015

    • 著者名/発表者名
      宮本昌士,阪野文秀,椋田秀和,八島光晴,北岡良雄,小林達也,宮坂茂樹,田島節子
    • 学会等名
      日本物理学会 2015年 秋季大会
    • 発表場所
      関西大学(大阪府・吹田市)
    • 年月日
      2015-09-16 – 2015-09-16
  • [学会発表] 鉄系超伝導体 (Sr4Sc2O6)Fe2(As1-xPx)2 における結晶構造因子と反強磁性ゆらぎ:P-NMR2015

    • 著者名/発表者名
      阪野文秀,塩田貴佳,圓月風子,椋田秀和,八島光晴,北岡良雄,宮坂茂樹, 田島節子,Y.-F.Guo,山浦一成,室町英治
    • 学会等名
      日本物理学会 2015年 秋季大会
    • 発表場所
      関西大学(大阪府・吹田市)
    • 年月日
      2015-09-16 – 2015-09-16
  • [学会発表] TlをドープしたPbTe超伝導体における単結晶Te-NMR2015

    • 著者名/発表者名
      松村隆史,牧翔太,椋田秀和,八島光晴,北岡良雄,村上博成,P. Giraldo-Gallo,I.Fisher,T.Geballe
    • 学会等名
      日本物理学会 2015年 秋季大会
    • 発表場所
      関西大学(大阪府・吹田市)
    • 年月日
      2015-09-16 – 2015-09-16

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公開日: 2017-01-06  

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