二次元以外の異なる次元性物質から理解する鉄系超伝導

2015 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 26800175
• 研究機関: 東北大学
• 研究代表者: 南部 雄亮 東北大学, 金属材料研究所, 准教授 (60579803)
• 研究期間 (年度): 2014-04-01 – 2016-03-31
• キーワード: 鉄系超伝導 / 次元性 / 中性子散乱

研究実績の概要

最終年度は以下の事柄について研究を進めた。
1: AFe2X3 (A = K, Rb, Cs; X = S, Se, Te)で表される鉄系梯子型物質のうち、BaFe2S3について中性子粉末回折から常圧での磁気構造を群論的解析により求め、圧力印加により金属絶縁体転移を引き起こすことに成功した。さらに高圧印加下では世界で初めて鉄系梯子型物質で超伝導状態を誘起することに成功した。この成果は現在Nature Materialsに掲載された。
2: 鉄系梯子型母物質のうち、BaFeSe3はブロック型の磁気構造を、CsFe2Se3はストライプ型の磁気構造を取ることが分かっている。これら二つの希釈効果を調べることにより、新たな二段転移を経て新たな磁気構造を取る濃度領域が存在すること、低温まで完全に磁性を抑制することができることを発見した。この成果は現在Physical Review Bに掲載された。
3: BaFe2Se3では中性子散乱から磁気転移温度は255 Kであることがわかっている。一方、メスバウアー測定では230 K以下から10 Kまで徐々にシグナルが変化する振る舞いが観測されており、幅広い温度領域にわたった磁気秩序の形成が考えられる。そこで、これらよりも時間領域が遅いプローブであるmuSRを使って磁気転移の様子を観測したところ、およそ36 Kで磁気転移することがわかり、磁気転移が幅広い温度領域に渡ることを示した。
4: 希釈系Ba1-xCsxFe2Se3について、圧力効果を調べた。20 GPa程度まで印加しても両母物質は絶縁体のままであるが、中間濃度領域の試料において絶縁体-金属転移の誘起に成功した。特にx = 0.25の試料は中性子散乱で磁気反射が見られず、磁性が完全に抑えられているので、今後中性子非弾性散乱により磁気励起を調べていく。

研究成果

• [国際共同研究] Mahidol University(タイ)
  • 国名: タイ
  • 外国機関名: Mahidol University
• [国際共同研究] Johns Hopkins University/NIST/Oak Ridge National Laboratory(米国)
  • 国名: 米国
  • 外国機関名: Johns Hopkins University/NIST/Oak Ridge National Laboratory
  • 他の機関数: 1
• [国際共同研究] ANSTO(オーストラリア)
  • 国名: オーストラリア
  • 外国機関名: ANSTO
• [雑誌論文] 中性子散乱を用いた次元性の異なる物質からの鉄系超伝導へのアプローチ (2015)
  • 著者名/発表者名: 南部雄亮
  • 雑誌名: 波紋 巻: 25 ページ: 141-144
  • 査読あり
• [雑誌論文] Temperature and composition phase diagram in the iron-based ladder compounds Ba1-xCsxFe2Se3 (2015)
  • 著者名/発表者名: T. Hawai, Y. Nambu, K. Ohgushi, F. Du, Y. Hirata, M. Avdeev, Y. Uwatoko, Y. Sekine, H. Fukazawa, J. Ma, S. Chi, Y. Ueda, H. Yoshizawa, and T.J. Sato
  • 雑誌名: Physical Review B 巻: 91 ページ: 184416/1-11
  • DOI: 10.1103/PhysRevB.91.184416
  • 査読あり / 国際共著 / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Pressure-induced Superconductivity in the Iron-based Ladder Material BaFe2S3 (2015)
  • 著者名/発表者名: H. Takahashi, A. Sugimoto, Y. Nambu, T. Yamauchi, Y. Hirata, T. Kawakami, M. Avdeev, K. Matsubayashi, F. Du, C. Kawashima, H. Soeda, S. Nakano, Y. Uwatoko, Y. Ueda, T.J. Sato, and K. Ohgushi
  • 雑誌名: Nature Materials 巻: 14 ページ: 1008-1012
  • DOI: 10.1038/nmat4351
  • 査読あり / 国際共著 / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Spin Fluctuations from Hertz to Terahertz on a Triangular Lattice (2015)
  • 著者名/発表者名: Y. Nambu, J.S. Gardner, D.E. MacLaughlin, C. Stock, H. Endo, S. Jonas, T.J. Sato, S. Nakatsuj, and C. Broholm
  • 雑誌名: Physical Review Letters 巻: 115 ページ: 127202/1-5
  • DOI: 10.1103/PhysRevLett.115.127202
  • 査読あり / 国際共著 / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Science from the initial operation of HRC (2015)
  • 著者名/発表者名: S. Itoh, T. Yokoo, T. Masuda, H. Yoshizawa, M. Soda, Y. Ikeda, S. Ibuka, D. Kawana, T.J. Sato, Y. Nambu, K. Kuwahara, S. Yano, J. Akimitsu, Y. Kaneko, Y. Tokura, M. Fujita, M. Hase, K. Iwasa, H. Hiraka, T. Fukuda, K. Ikeuchi, K. Yoshida, T. Yamaguchi, K. Ono, and Y. Endoh
  • 雑誌名: Journal of the Physical Society of Japan Conference Proceedings 巻: 8 ページ: 034001/1-6
  • DOI: 10.7566/JPSCP.8.034001
  • 査読あり
• [学会発表] Magnetism of the triangular antiferromagnet NiGa2S4 and introduction of POLANO (2016)
  • 著者名/発表者名: Yusuke Nambu
  • 学会等名: International Conference on Polarised Neutrons for Condensed Matter Investigations 2016
  • 発表場所: Bildungszentrum Kardinal-Dopfner Haus, Munich, Germany
  • 年月日: 2016-07-06 – 2016-07-06
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Spin fluctuations on a triangular lattice (2016)
  • 著者名/発表者名: Yusuke Nambu
  • 学会等名: Summit of Materials Science
  • 発表場所: IMR, Tohoku University
  • 年月日: 2016-05-18 – 2016-05-18
  • 国際学会
• [学会発表] 偏極中性子散乱装置POLANOにおける偏極 (2016)
  • 著者名/発表者名: 南部雄亮、横尾哲也、藤田全基、伊藤晋一、猪野隆、大河原学、大山研司
  • 学会等名: 2015年度量子ビームサイエンスフェスタ
  • 発表場所: つくば国際会議場
  • 年月日: 2016-03-15 – 2016-03-15
• [学会発表] 三角格子反強磁性体のスピン揺らぎ (2016)
  • 著者名/発表者名: 南部雄亮
  • 学会等名: 第5回物性勉強会
  • 発表場所: 東北大学金属材料研究所
  • 年月日: 2016-02-13 – 2016-02-13
  • 招待講演
• [学会発表] POLANOで展開するこれからのサイエンス (2015)
  • 著者名/発表者名: 南部雄亮
  • 学会等名: 東北大学金属材料研究所ワークショップ -中性子プラットフォームによる物質材料科学の進展-
  • 発表場所: 東北大学金属材料研究所
  • 年月日: 2015-11-12 – 2015-11-12
  • 招待講演
• [学会発表] 空間次元の異なる物質を用いた鉄系超伝導の研究 (2015)
  • 著者名/発表者名: 南部雄亮
  • 学会等名: 東北特殊鋼交流会
  • 発表場所: 東北特殊鋼株式会社 (宮城県柴田郡村田町)
  • 年月日: 2015-10-28 – 2015-10-28
  • 招待講演
• [学会発表] 中性子散乱を用いた三角格子反強磁性体の空間/時間磁気相関の同定 (2015)
  • 著者名/発表者名: 南部雄亮
  • 学会等名: 第129回金研講演会
  • 発表場所: 東北大学金属材料研究所
  • 年月日: 2015-05-29 – 2015-05-29
• [備考] はしご型鉄系化合物BaFe2S3における圧力誘起超伝導
  • URL: http://www.nihon-u.ac.jp/wp/wp-content/uploads/2015/07/0cbcf70303190933e5de90ca559bfca6.pdf