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  研究課題の紹介
核磁気共鳴(NMR)実験によるオキシニクタイド化合物の研究

氏名
石田 憲二 役職 教授
所属 京都大学 大学院理学研究科
研究室URL http://www.ss.scphys.kyoto-u.ac.jp/
※所属・役職名は研究参加期間終了時点のものとなります。

研究実施の概要(終了報告書より抜粋)

1)実施概要

東工大細野グループにより発見された``1111’’構造のLaFeAs(O1-xFx)超伝導体と、その関連物質で``122’’構造のBaFe2(As1-xPx)2超伝導体の超伝導状態、磁気状態を微視的な実験手法である核磁気共鳴実験から調べる。特にこれらの物質において

  1. 常伝導状態の磁気励起、
  2. 磁気相と超伝導相の関係、
  3. 磁気励起と超伝導の相関、
  4. 超伝導ギャップの構造、
  5. 超伝導対の対称性  等を調べ、

FeAs系高温超伝導の特性を明らかにする。さらに超伝導転移温度の低いLaMPO (M = Fe, Ni)のNMRも行い、なぜFeAs系で高い超伝導転移温度が現れたのかも考察する。得られた結果を銅酸化物高温超伝導体や他の遷移金属酸化物超伝導体、現在までに知られている強相関電子系超伝導体の結果と比較し類似点や相違点を明らかにし、今回の超伝導体の物性や特殊性、強相関電子系超伝導体に見られる普遍性を調べる。最終的には鉄系超伝導体や強相関電子超伝導体の超伝導発現機構を解明することを目指す。強相関電子系超伝導体に共通に見られる現象として、磁気相と超伝導相の共存、競合関係が知られている。鉄系超伝導の相境界の試料において両相の関係を詳細に調べる。
さらに``1111’’構造のオキシニクタイトは、理想的な二次元構造を有している。LaFeAs(O1-xFx)では、超伝導層であるFeAs層と超伝導性が弱いLa(OF)層が積層しており、二次元超伝導体と考えられる。各層の電子状態や超伝導ギャップの様子を各層のNMR実験を行うことにより調べる。また``1111’’構造は磁気的性質からも大変興味深い。例えば``1111’’構造を有するLaCoPOは43Kで強磁性転移を示し、今まで報告例が少ない二次元遍歴強磁性体と考えられる。LaCoPOの磁気励起の特徴をNMR実験から明らかにし、今まで知られている理論結果と比較する。また同じく``1111’’構造を有する重い電子物質CeFePOも今までに例のなかった二次元重い電子系と考えられその低温物性に大変興味が集まる。低温、高磁場領域まで物性を調べることにより新奇な物性を探索する。
これら特に``1111’’構造を有する様々な物質を研究することにより、オキシニクタイト構造がもつ二次元構造の特殊性を明らかにし、超伝導と磁性が競合する新たな「強相関エレクトロニクス」の舞台としてふさわしいかどうか検討する。
NMRで得られた実験結果を反映させた新物質開発や試料作成を共同実験者と相談しながら行うつもりである。



2)顕著な成果

1)鉄系超伝導体が非従来型超伝導体であることの指摘

概要:LaFeAs(O1-xFx)の超伝導発見直後、超伝導状態の核スピン−格子緩和率(1/T1)を測定した。鉄系超伝導の1/T1には、通常の超伝導体に見られる転移直下のコヒーレンスピークや指数関数的温度依存性が見られないことを見出し、非従来超伝導と考えられることを指摘した。

2)``122’’構造のBaFe2(As1-xPx)2における磁気ゆらぎと超伝導の相関

概要:BaFe2(As1-xPx)2ではAsサイトを同価数のPで置き換えることで、磁気相から超伝導相に変化させることができる。この系においてP-NMRを行い、磁気ゆらぎが低温でもっとも大きくなるP濃度で最高の超伝導転移温度を示すことを見出し、磁気ゆらぎと超伝導の相関を指摘した

3) BaFe2(As1-xPx)2における磁気秩序と超伝導の共存、競合

概要:磁気相と超伝導相の境界に位置する試料において、磁気秩序と超伝導の関係を微視的に調べた。その結果、磁性と超伝導がミクロに共存していることを示した。されに超伝導転移以下の温度で磁気モーメントが減少することも明らかにし、少なくともあるフェルミ面では磁性と超伝導は競合関係にあることが考えられる。


  



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