鉄系超伝導体におけるマルチオービタルを利用した新規高温超伝導体設計指針の提案

2015 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 26800182
• 研究機関: 東京工業大学
• 研究代表者: 飯村 壮史 東京工業大学, 応用セラミックス研究所, 助教 (80717934)
• 研究期間 (年度): 2014-04-01 – 2016-03-31
• キーワード: 鉄系超伝導体 / 中性子回折 / 第一原理計算

研究実績の概要

1111型鉄系超伝導体LnFeAsO(Ln=ランタノイド)は低温で常磁性-反強磁性転移を示す。超伝導は電子をドーピングすることで生じ、その超伝導臨界温度(Tc)は鉄系超伝導体中で最も高い値(56K)を示す。
初めに申請者はLa系に着目し、電子を高濃度に注入し超伝導が消失した試料において二つ目の常磁性-反強磁性転移(PM-AFM2)を発見した。また、最高Tcを示すSm系においても、サマリウムの同位体置換および中性子回折を用いることでLa系と同様にAFM2相を発見した。さらに第一原理計算から、鉄の3dxy軌道が電子ドーピングによって半充填に近づくことを見出した。これはAFM2の起源が半充填に近づくことによって増加する有効クーロン相互作用に有ることを示している。また輸送特性の評価から、高Tcを示す試料の常伝導状態はAFM2を担う局在スピンの影響を強く受けていることが分かった。これらの結果は、高いTcを持つ超伝導相は半充填した3dxy軌道をフィリング制御することによって生じることを示している。今後、これらの指針をもとに新規高温超伝導材料の開発が期待できる。

研究成果

• [国際共同研究] Institut Laue-Langevin(フランス)
  • 国名: フランス
  • 外国機関名: Institut Laue-Langevin
• [雑誌論文] Hydrogen-Substituted Superconductors SmFeAsO1-xHx Misidentified As Oxygen-Deficient SmFeAsO1-x (2015)
  • 著者名/発表者名: Yoshinori Muraba, Soshi Iimura, Satoru Matsuishi, and Hideo Hosono
  • 雑誌名: Inorganic Chemistry 巻: 54 ページ: 11567-11573
  • DOI: 10.1021/acs.inorgchem.5b02248
  • 査読あり
• [雑誌論文] Superconductivity at 52K in hydrogen-substituted LaFeAsO1-xHx under high pressure (2015)
  • 著者名/発表者名: H. Takahashi, H. Soeda, M. Nukii, C. Kawashima, T. Nakanishi, S. Iimura, Y. Muraba, S. Matsuishi, H. Hosono
  • 雑誌名: Scientific Reports 巻: 5 ページ: 7829
  • DOI: 10.1038/srep07829
  • 査読あり
• [雑誌論文] Quantum critical behavior in heavily doped LaFeAsO1-xHx pnictide superconductors analyzed using nuclear magnetic resonance (2015)
  • 著者名/発表者名: R. Sakurai, N. Fujiwara, N. Kawaguchi, Y. Yamakawa, H. Kontani, S. Iimura, S. Matsuishi, and H. Hosono
  • 雑誌名: Physical Review B 巻: 91 ページ: 064509
  • DOI: 10.1103/PhysRevB.91.064509
  • 査読あり
• [雑誌論文] Enhancement of Tc due to pressure application in LaFeAsO1-xHx studied by NMR (2015)
  • 著者名/発表者名: N. Fujiwara, N. Kawaguchi, S. Iimura, S. Matsuishi, and H. Hosono
  • 雑誌名: Physics Procedia 巻: 75 ページ: 70-76
  • DOI: 10.1016/j.phpro.2015.12.011
  • 査読あり
• [学会発表] 同位体置換物質154SmFeAsO1-xHxの中性子回折 (2016)
  • 著者名/発表者名: 岡西洋志, 飯村壮史, 平賀晴弘, 池田一貴, 大友季哉, Thomas C. Hansen, 松石聡, 細野秀雄
  • 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
  • 年月日: 2016-03-19 – 2016-03-22
• [学会発表] muSR測定から見たLaFeAsO1-xHxの超高ドープ域における磁気基底状態 (2016)
  • 著者名/発表者名: 平石雅俊, 小嶋健児, 山内一宏, 岡部博孝, 竹下聡史, 幸田章宏, 門野良典, 飯村壮史, 松石聡, 細野秀雄
  • 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
  • 年月日: 2016-03-19 – 2016-03-22
• [学会発表] 高濃度水素置換鉄系超伝導体の結晶構造と磁気構造 (2016)
  • 著者名/発表者名: 真木祥千子, 山浦淳一, 飯村壮史, 熊井玲児, 平賀晴弘, 村上洋一, 松石聡, 細野秀雄
  • 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
  • 年月日: 2016-03-19 – 2016-03-22
• [学会発表] LaFeAsO1-xHxの第二反強磁性相における高圧(3.0MPa)下NMR (2016)
  • 著者名/発表者名: 河口尚登, 藤原直樹, 飯村壮史, 松石聡, 細野秀雄
  • 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
  • 年月日: 2016-03-19 – 2016-03-22
• [学会発表] Neutron diffraction study of 154SmFeAsO1-xDx (2016)
  • 著者名/発表者名: Soshi Iimura, Hiroshi Okanishi, Satoru Matsuishi, Haruhiro Hiraka, Kazutaka Ikeda, Thomas C. Hansen, Toshiya Otomo, and Hideo Hosono
  • 学会等名: American Physical Society March Meeting
  • 発表場所: Baltimore, US
  • 年月日: 2016-03-14 – 2016-03-18
  • 国際学会
• [学会発表] Can oxygen deficient SmFeAsO1-x be synthesized?: Unintentional incorporation of hydride ion at oxygen vacancy site (2016)
  • 著者名/発表者名: Yoshinori Muraba, Soshi Iimura, Satoru Matsuishi, and Hideo Hosono
  • 学会等名: American Physical Society March Meeting
  • 発表場所: Baltimore, US
  • 年月日: 2016-03-14 – 2016-03-18
  • 国際学会
• [学会発表] RFeAsO1-xHx(R=La,Sm)の圧力効果 (2015)
  • 著者名/発表者名: 新里拓巳, 添田英人, 高橋博樹, 岡西洋志, 飯村壮史, 松石聡, 細野秀雄, 松木祥千子, 山浦淳一
  • 学会等名: 日本物理学会2015年秋季大会
  • 発表場所: 関西大学、千里山キャンパス
  • 年月日: 2015-09-16 – 2015-09-19
• [学会発表] muSR測定によるLaFeAsO1-xHxの高ドープ域における超伝導特性の研究 (2015)
  • 著者名/発表者名: 平石雅俊, 小嶋健児, 山内一宏, 岡部博孝, 竹下聡史, 幸田章宏, 門野良典, 飯村壮史, 松石聡, 細野秀雄
  • 学会等名: 日本物理学会2015年秋季大会
  • 発表場所: 関西大学、千里山キャンパス
  • 年月日: 2015-09-16 – 2015-09-19
• [学会発表] 鉄系超伝導体LaFeAsO1-xHxの高圧下でのX線回折と共鳴X線発光分光測定 (2015)
  • 著者名/発表者名: 山本義哉, 山岡人志, 吉田雅洋, 太田雄, 石井啓文, 平岡望, Ku-Ding Tsuei, Jung-Fu Lin, 石井賢司, 山浦淳一, 飯村壮史, 松石聡, 細野秀雄, 水木純一郎
  • 学会等名: 日本物理学会2015年秋季大会
  • 発表場所: 関西大学、千里山キャンパス
  • 年月日: 2015-09-16 – 2015-09-19
• [学会発表] 水素置換型鉄系超伝導体の結晶構造と物性の相関 (2015)
  • 著者名/発表者名: 小林賢介, 山浦淳一, 真木祥千子, 飯村壮史, 佐賀山基, 熊井玲児, 村上洋一, 松石聡, 細野秀雄
  • 学会等名: 日本物理学会2015年秋季大会
  • 発表場所: 関西大学、千里山キャンパス
  • 年月日: 2015-09-16 – 2015-09-19
• [学会発表] 高濃度水素置換鉄系超伝導体の構造物性研究 (2015)
  • 著者名/発表者名: 真木祥千子, 山浦淳一, 飯村壮史, 熊井玲児, 村上洋一, 松石聡, 細野秀雄
  • 学会等名: 日本物理学会2015年秋季大会
  • 発表場所: 関西大学、千里山キャンパス
  • 年月日: 2015-09-16 – 2015-09-19
• [学会発表] High pressure syntheses and physical properties of iron-oxyarsenide superconductors LnFeAsO1-xHx (2015)
  • 著者名/発表者名: Soshi Iimura, Hiroshi Okanishi, Masatoshi Hiraishi, Kenji Kojima, Junichi Yamaura, Haruhiro Hiraka, Yoichi Murakami, Satoru Matsuishi, and Hideo Hosono
  • 学会等名: Euro-MRS 2015 Fall Meeting
  • 発表場所: Warszawa, Poland
  • 年月日: 2015-09-15 – 2015-09-18
  • 国際学会
• [学会発表] Phase Diagram of LnFeAsO1-xHx (2015)
  • 著者名/発表者名: Soshi Iimura, M. Hiraishi, K. Kojima, J. Yamaura, H. Hiraka, Y. Murakami, S. Matsuishi, and Hideo Hosono
  • 学会等名: BIT's 4th Annual World Congress of Advanced Materials 2015
  • 発表場所: Chongqing, China
  • 年月日: 2015-05-27 – 2015-05-29
  • 国際学会 / 招待講演