【研究領域課題番号】18H01181 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

鉄系超伝導体 / 強相関電子系 / 核磁気共鳴 / 高圧下測定 / 量子相転移 / 量子臨界現象 / 高温超伝導 / 鉄系超伝導

【研究成果の概要】

FeSeは、ネマチック秩序、超伝導、および磁性が圧力・温度(P-T)相図で互いに絡み合っている特異な系である。しかし、12％S-置換したFeSeでは、ネマチック秩序と磁性の重なりが解消されている。そこで、本研究では 約5 GPaまでの圧力下でSe核の磁気共鳴測定を実行した。その結果、約1万気圧において圧力誘起リフシッツ転移が、状態密度の異常として、また異なる反強磁性（AF）揺らぎを伴う超伝導（SC）ダブルドームとして、観察できた。 高い超伝導転移点(Tc)をもつ高圧側ドームでは、従来の予想に反して、AF揺らぎが弱く、dxy軌道とその軌道内結合が高いTcに重要な役割を果たすことが分かった。

【研究の社会的意義】

鉄セレン系超伝導体は、高い超伝導転移点(Tc)をもつ鉄系超伝導体の一つであるが、Tcの起源は解明されたとは言えない。一つには、超伝導、結晶対称性の破れたネマティック秩序、磁性が複雑に関係しているためである。高いTcが４万気圧以上で実現することも問題を難しくしている。本研究では、高圧下でミクロな電子状態を調べるために、キュービックアンビル圧力セルを用いた核磁気共鳴法を開発した。この結果、ネマティック秩序と磁気揺らぎに相関があること、高いTcはネマティック秩序が消滅し、極めて弱い磁気揺らぎ下で実現することが分かった。これは、高温超伝導機構が複数の要因で決まることを示し、起源の多様性を示唆している。

【研究種目】基盤研究(B)

【研究期間】2018-04-01 - 2021-03-31

【配分額】17,940千円 (直接経費: 13,800千円、間接経費: 4,140千円)

【研究分野】物性Ⅱ

【研究領域課題番号】16H06345 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

第一原理計算 / 強相関電子系 / 階層的第一原理強相関電子状態計算法 / 高温超伝導 / 量子流体と量子スピン液体 / 分数化 / 非平衡・ダイナミクス / 非周期系 / 強相関系 / 非平衡 / 界面表面 / 物質設計 / 非平衡ダイナミックス / 高温超伝導機構 / 機械学習 / 界面超伝導 / 非平衡超伝導 / 界面・薄膜 / トポロジカル相 / モット転移 / トポロジカル物質

【研究成果の概要】

強相関電子系を第一原理的に解明するための手法を標準手法として確立し、コードの公開・普及を行なった。機械学習を導入して、世界最高精度の量子多体ソルバーを開発し適用したことや、隠れた物理量抽出のための分光実験データ解析へ適用したことは当初の予定を超えた成果である。開発手法を、銅酸化物に代表される高温超伝導体や分子性結晶に見られる量子スピン液体の候補に適用し、初めて実験相図の任意パラメタなしでの再現に成功し、超伝導機構とスピン液体の発現に電子やスピンの分数化が本質的な役割を果たすことを発見した。この発見は機械学習を用いた分光実験データ解析でも裏付けられ、複数の分光データの統合解析の有用性を示した。

【研究種目】基盤研究(S)

【研究期間】2016-05-31 - 2021-03-31

【配分額】111,020千円 (直接経費: 85,400千円、間接経費: 25,620千円)

【研究分野】物性Ⅱ

【研究領域課題番号】23340095 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

高温超伝導 / 第一原理計算 / 転移温度 / ダウンフォールディング / 超伝導密度汎関数理論 / ダウンフォーフディング / 強相関電子系 / 計算物理 / 超伝導材料•素子 / 物性理論 / 分子性固体

【研究成果の概要】

第一原理的に超伝導転移温度を計算する方法論を開発・応用した。密度汎関数理論と強相関モデル計算を融合するアプローチについては、スピン軌道相互作用、電子格子相互作用の取り込みを行った。超伝導密度汎関数理論に基づくアプローチについては、プラズモン機構が取り扱えるような拡張を行った。開発した手法を鉄系超伝導体、層状窒化物超伝導体、重い電子系、炭素系超伝導体、高圧下リチウムなどの系に適用した。

【研究種目】基盤研究(B)

【研究期間】2011-11-18 - 2014-03-31

【配分額】5,200千円 (直接経費: 4,000千円、間接経費: 1,200千円)

【研究分野】物性Ⅱ

【研究領域課題番号】21740254 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

高温超伝導 / 強相関電子系 / 低温物性 / 物性実験 / 超伝導物性(その他)

【研究成果の概要】

新しい高温超伝導物質体系として注目される鉄ニクタイド超伝導体について、エキシマレーザーを用いたパルスレーザー蒸着によってエピタキシャル薄膜の作製を行ない、最適置換組成の超伝導薄膜をその場成長することに成功した。又、エピタキシャル薄膜と相補する試料形態である単結晶試料の育成を合わせて行い、これらの試料を基盤とした精密物性測定を行った。

【研究種目】若手研究(B)

【研究期間】2009 - 2010

【配分額】4,680千円 (直接経費: 3,600千円、間接経費: 1,080千円)

【研究分野】物性Ⅱ

【研究領域課題番号】19740198 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

高温超伝導 / 光電子分光 / 強相関電子系 / レーザー / 物性実験

【研究成果の概要】

真空紫外レーザー超高分解能光電子分光装置を用いて、高温超伝導銅酸化物の研究を行った。自然幅の小さいレーザーを用いることでこれまで報告された中で最も明瞭で鋭いスペクトルを得ることに成功し、超伝導ギャップのゼロ点(ノード)近傍の電子構造やキャリア特性を明らかにした。また、表面金属状態が強く内部の超伝導状態を覆い隠してしまうため従来光電子分光が困難だったYBa_2Cu_3O_<7-δ>系において、バルク敏感性を活かし、超伝導状態の直接観測に成功した。

【研究種目】若手研究(B)

【研究期間】2007 - 2008

【配分額】3,690千円 (直接経費: 3,300千円、間接経費: 390千円)

【研究分野】物性Ⅱ

【研究領域課題番号】17340107 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

高温超伝導 / 高圧測定 / 核磁気共鳴 / 強相関電子系 / 高圧 / NMR / 酸化物 / 超伝導 / 金属絶縁体転移 / 梯子格子物質 / 圧力誘起超伝導

【研究成果の概要】

ピストンシリンダー型圧力セルにおいて4万気圧まで至達することに成功した。このセルを用いて圧力下で最適条件となる鉄砒素系高温超伝導体LaFeAsO_<1-x>F_xや、梯子格子銅酸化物Sr_2Ca_<12>Cu_<24>O_<41>のNMR測定を行い、超伝導転移点T_Cが高圧下で上昇する機構を解明した。

【研究種目】基盤研究(B)

【研究期間】2005 - 2008

【配分額】16,200千円 (直接経費: 15,300千円、間接経費: 900千円)

【研究分野】無機化学

【研究領域課題番号】17105002 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

固体化学 / 遷移金属酸化物 / 高原子価 / 強相関系 / 高温超伝導体 / 高圧合成 / 光電子分光 / メスバウア効果 / 強相関電子系 / 環境材料 / 合成化学 / 磁性 / 誘電体物性 / 超電導材料・素子 / 物性実験 / 物性理論 / 青色発光 / 微細加工 / 高温超伝導 / 金属-絶縁体転移 / フラストレーション / 磁気抵抗効

【研究成果の概要】

入手しやすく、比較的安全な3d遷移金属の酸化物は学術的にも実用的にも価値が高い。本研究では、以下の観点に基づきさらなる新規開発を試みた。Fe^<4+>やCo^<4+>、Cu^<3+>のように周期律後半にあって価数の高いイオンは深いd準位をもち、周囲にいる酸素イオンを酸化して活性化する。新発見したBaFe^<4+>O_3は、無数の鉄酸化物の中で初めて常圧下で強磁性を示した。活性化された酸素イオンが鉄磁気モーメントを、通常とは異なって平行に整列させるためである。

【研究種目】基盤研究(S)

【研究期間】2005 - 2009

【配分額】106,210千円 (直接経費: 81,700千円、間接経費: 24,510千円)