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  研究課題の紹介
鉄系超伝導体の低エネルギー電子状態の解明

氏名
吉田 鉄平 役職 助教
所属 東京大学 大学院理学系研究科
研究室URL http://wyvern.phys.s.u-tokyo.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

 本研究は鉄系高温超伝導体の超伝導メカニズムについて知見を得るため電子状態の基礎的理解を構築することを目的とする。最先端の角度分解光電子分光(ARPES)装置を用いてフェルミ面、バンド分散、超伝導ギャップの精密測定を行ってきた。特にレーザー光源の高エネルギー分解能を生かした超伝導ギャップ測定や、放射光のエネルギー可変性を用いた3次元フェルミ面形状の測定により電子状態の全体像を把握することができることが本研究プロジェクトの特徴である。さらに光学スペクトル、輸送現象などのARPESと相補的なプローブを用いて電子状態の総合的な理解を進めてきた。電子状態の知見について下記の3つの観点から研究期間を通じて得られた主要な研究成果を述べる。

1)フェルミ面の3次元形状
超伝導ギャップにノードの存在が示唆されているBaFe2(As1-xPx)2の最適組成について3次元性の強いフェルミ面形状を明らかにした。ホール面の強い3次元性はホール-電子面間のネスティングを弱め、ノードを引き起こす原因になると推測される。また、不純物置換による電子ドープ系のフェルミ面の3次元形状を調べた結果、リジッドバンドのモデルと異なる振る舞いを見せ、キャリアが不純物準位に捕獲されていることを明らかにした。そのほか、Tcが高い1111系において過剰にホールドープされた表面状態が存在することが分かった。

2)超伝導ギャップ
最適ドープBa1-xKxFe2As2の超伝導ギャップは3枚のホール面で超伝導ギャップのシート依存性が見られず、ノードの存在が示唆されている最適組成BaFe2(As1-xPx)2についても、同様の結果であった。このことはスピン揺らぎを媒介として超伝導メカニズムと異なり、軌道揺らぎの重要性を示唆している。また、最適組成BaFe2(As1-xPx)2の電子面の超伝導ギャップには強い異方性が見られており、ノードを示唆する結果となった。さらにノードの存在が示唆されているKFe2As2Tc = 3.4 K)について、ホール面のノードを観測することに成功した。

3)反強磁性秩序状態
レーザー励起光を用いたARPESによって母物質BaFe2As2の反強磁性状態において2回対称で3次元性が強いフェルミ面形状が観測された。偏光依存性を調べることにより、電子状態は軌道分極していることが明らかになった。非双晶化された反強磁性相BaFe2As2の光学スペクトルからは、異方的電子状態が明らかになった。



2)顕著な成果

1)BaFe2(As1-xPx)2の3次元的フェルミ面

概要: 超伝導ギャップにノードの存在が示唆されているBaFe2(As1-xPx)2の最適組成について3次元性の強いフェルミ面形状を明らかにした。ホール面の強い3次元性はホール-電子面間のネスティングを弱め、ノードを引き起こす原因になると推測される。

2)Ba1-xKxFe2As2の超伝導ギャップの精密観測

概要: レーザーARPESを用いて最適ドープBa1-xKxFe2As2の超伝導ギャップの精密測定を行った。dz2軌道の寄与が含まれるフェルミ面も含めた3枚のホール面で超伝導ギャップのシート依存性が見られず、軌道揺らぎの重要性を唆した。

3)非双晶化されたBaFe2As2の光学スペクトル

概要: 非双晶化された反強磁性相BaFe2As2の光学スペクトルを測定し、異方的電子状態が観測された。格子、スピン、電子軌道の自由度が複雑に絡まった、大きな電子異方性を内蔵する極めて特殊な電子相であることが明らかになった。


  



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