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  研究課題の紹介
遷移金属ニクタイド系超伝導体の開発と物性研究

氏名
宮坂 茂樹 役職 准教授
所属 大阪大学
研究室URL http://buna.phys.sci.osaka-u.ac.jp/news_j.html
※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

 本研究課題では、Feニクタイド超伝導体の様々な物質系を研究対象として、物質開発、輸送現象、分光研究、核磁気共鳴、強磁場物性の多角的な実験手法を用いて、本物質系の超伝導発現機構の解明と、その超伝導の特性を明らかにしてきた。本物質系の超伝導ギャップに関しては、物質ごとに個性があり、LaFeAsO1111系、BaK122系、ペロフスカイトブロック層をもつ鉄系超伝導体(Ca4Al2O6-y) Fe2As2はフルギャップを持つことが、核磁気共鳴の実験から明らかとなっている。また、これらの物質の超伝導状態は等方的なギャップを有するマルチギャップ符号反転S±波モデルを用いると説明できることがNMRの実験から明らかとなった。一方で、価数不変ドープ系SrFe2(As1-xPx)2ではノード構造を持つことを比熱、核磁気共鳴の実験から明らかにしてきた。

  本物質系における超伝導転移温度Tcを決めているキーファクターに関しては、次のような結果を得ている。RFeP1-xAsxO1-yFyの1111P/As固溶系の輸送現象の研究結果は、反強磁性の相関が強ければ高い転移温度Tcが観測されるわけではないことを示している。この物質系ではFeP1111系からFeAs1111系へのフェルミ面の変化を示唆するホール係数の異常が観測されており、Tcを決めている要因として、フェルミ面の形状とそれに付随する異なる波数ベクトルを持つ反強磁性ゆらぎの存在が予想される。NMRからも高いTcを示す物質系が必ずしも1/T1Tを通して観測される反強磁性のゆらぎが強いわけではないことが判明している。BaK122系、(Ca4Al2O6-y) Fe2As2では明確な反強磁性揺らぎの存在が観測されたが、La1111系ではドープ量に依らず明確な反強磁性の発達は見られなかった。これらの結果は、本系の超伝導状態の起源が反強磁性ゆらぎだけでは説明できないことを示唆している。Fe系物質特有のマルチバンドに起因する何らかの要因がTcを決定する重要な要素となっていると予想される。

 パルスマグネットを用いての強磁場中での電気抵抗率測定からは、本系の上部臨界磁場Hc2とその異方性に関する情報を得ている。11系Fe1.05Te0.85Se0.15Tc ~ 14 K)ではHc2は約45 Tであり、その異方性係数 Γ = Hc2ab/Hc2cは超伝導転移温度Tcの近くから温度が下がるに従って小さくなり、最低温度あたりでほぼ1になることがわかった。122系SrFe2(As1-xPx)2 (x=0.35) (Tc ~ 30K)では異方性係数 はTc近傍の2.5から低温で1へと減少する。1111系は酸素欠損型のPrFeAsO1-y(y=0.15, Tc = 44 K)およびLaFeAsO1-y(y=0.11, Tc = 28 K)を研究対象とした。Hc2の異方性係数はTc近傍で約5であり、11系や122系に比べて大きいことが判明した。



2)顕著な成果

1)1111P/As固溶系における超伝導転移温度と反強磁性ゆらぎ、電子構造の関係

概要: 1111P/As固溶系RFeP1-xAsxO1-yFy(R=La,Pr,Nd)の電気抵抗率、ホール係数の測定から、本系のTcが反強磁性ゆらぎの強さだけで決まるわけではなく、フェルミ面の形状とそれに付随したネスティングがk空間内のどこで生じているかにも依存していることを明らかにした。

2)鉄系超伝導体の超伝導ギャップ構造の解明と超伝導発現機構と磁性ゆらぎの関係

概要:BaK122系がフルギャップ超伝導体であることを核磁気共鳴の手法により明らかにした。また、1111系、122系、ペロフスカイトブロック層をもつ鉄系物質のNMR緩和率の測定を通して、反強磁性揺らぎが必ずしも超伝導転移温度の上昇に関係してないことを示した。

3)11系鉄系超伝導体の上部臨界磁場の決定

概要:50テスラ級非破壊型パルスマグネットを用いた強磁場中電気抵抗測定により、11系鉄系超伝導体の低温までのHc2を調べたところ、この系の支配的なPair-breakingが常磁性対破壊効果であり、低温でHc2の異方性が小さくなることを明らかにした。


  



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