2015MP001

T’構造銅酸化物における局所構造変化が誘起する量子相転移
Quantum phase transition induced by local
structural change in T’-structured cuprate oxide
藤田全基１、鈴木 謙介１、石井 賢司 2、山瀬 博之 3
１ 東北大学金属材料研究所
2 量子科学技術研究開発機構
3 物質・材料研究機構
銅酸化物超伝導体は「ドープされたMott絶縁体」として理解が進んできた。Nd2CuO4(T’)構造を持つ銅酸化物R2CuO4+δ (R: Pr、 Nd、 Eu…)は電子ドープ型超伝導体の母物質で、K2NiF4(T)構造のホールドープ系の母物質La2CuO4と同様、Mott絶縁体であると考えられてきた。ところが最近、僅かな局所結晶構造の変化が基底状態の違いを誘起する可能性に注目が集まり、出発点となる母物質の物性についても構造の特異性を考慮した包括的議論が湧き起こっている。特に注目すべき事に、最適アニールした薄膜や低温合成した粉末のT’構造R2CuO4では、キャリアドープとなる元素置換なしでも超伝導が発現する“非ドープ超伝導”現象が報告されている [1、 2] 。これまでのバルク試料では、完全に取り除けない構造の局所乱れ（頂点酸素の存在やCuO2面の元素欠損）でバンド構造が変調した結果、絶縁体化しているとの提案もされるに至っている[4]。このことは、超伝導機構の理解に直結する母物質の基底状態の再考を促し、構造パラメータを考慮した一段高い視点から電子相関の電子ホール対称性を論じることの必要性を示している。同時に、二次元CuO2面が取り得る多彩な基底状態とそのスイッチング現象という新機能の可能性を提示しており、強相関電子系の研究において新しい展開を呈している。
本研究では、局所構造変化が誘因となる量子相転移現象という観点から、局所構造とバルク物性の関係を明らかにすることを目的としている。
この目的を解決するために、量子ビームによる精密測定で局所構造の微少変化の定量化、および、バルク物性測定を行っている。発表では、進行状況を報告すると伴に、これまでに行った測定結果を元にした構造変化と物性変化の関係を議論する。
[1] M. Naito et al., Supercond. Sci. Technol. 15, 1663 (2002).
[2] T. Takamatsu et al., Appl. Phys. Express 5, 073101 (2012).

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マルチプローブで視た鉄系梯子系 BaFe2Se3 の磁気揺動
Magnetic fluctuations in the iron-based laddermaterial BaFe2Se3 through multi-probe techniques
南部雄亮 1、鈴木謙介 1、羽合孝文 2、
長尾道弘 3,4、横尾哲也 2、伊藤晋一 2、大串研也 5
1 東北大金研、2 KEK-中性子、3 NCNR, NIST、
4 Indiana Univ.、5 東北大院理2008 年の発見以来、鉄系超伝導体が銅酸化物に次ぐ高い超伝導転移温度を持つ物質群として注目を集めている。鉄系超伝導は鉄の正方格子が作る二次元面を舞台としており、その発現機構の解明はより高い転移温度を持つ物質を開拓する上で重要である。単一の電子軌道で記述される銅に対し超伝導に寄与する鉄は多軌道自由度を持つため軌道自由度を考慮する必要がある。複雑に絡み合う軌道・格子と磁性を舞台にした超伝導の発現機構など、解決すべき問題が数多く残されている。
一方、銅酸化物超伝導体では二次元面上での超伝導をより簡単な格子上で理解するため、銅の作る一次元鎖が二本並行に並んだ”梯子型”化合物が研究され、超伝導発現機構解明に一定の貢献をしてきた。鉄系超伝導の理解のためには、このように異なる空間次元を持つ物質からのアプローチも重要である。我々は二次元面での鉄系超伝導とは異なる次元性を持つ鉄系物質について研究している。鉄系梯子型物質 AFe2X3 (A = K, Rb, Cs, Ba; X = S, Se,Te)では四面体配位の鉄が梯子型構造を持ち、鉄系物質の一次元版類似化合物であると理解される。これらは他の鉄系超伝導と異なり絶縁体であり、測定最低温まで超伝導を示さないが、最近、圧力印加によって超伝導誘起に成功した [1]。鉄系梯子型物質は磁気秩序を形成するものの、その構造の低次元性を反映して i) 短距離磁気相関の存在、ii) メスバウア効果が示す磁気転移と iii) 磁気エントロピー放出が幅広い温度域に渡ることから磁性も低次元性の特徴を示すことが分かった [2]。これらは、系の磁気秩序形成が広い温度範囲に渡る可能性を示しており、時間スケールの異なる測定で磁気揺動を明らかにできる可能性がある。磁気揺動を調べ、二次元系との差異を明らかにするため、マルチプローブを用いて実験を行った。本発表ではチョッパー分光器 (J-PARC、MLF、BL12 HRC)とスピンエコー法(NIST NGA NSE)による中性子散乱、およびミュオン実験 (D1 MUSE)によって得られた BaFe2Se3 の磁気揺動の結果について報告する。
[1] H. Takahashi et al., Nat. Mat. 14, 1008 (2015).
[2] Y. Nambu et al., Phys. Rev. B 85, 064413 (2012).

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Atom and ion transport mechanism in NaAlH4-Ti
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KEK-PF BL-13A, BL-8A/B, BL-16A, J-PARC/MLF BL20, BL21

希少元素を代替する高性能磁性材料開発のためのマルチプローブ量子ビーム解析
Multi-probe analysis for high performance magnetic
materials without the use of critical materials
小野寛太１、斉藤耕太郎１、上野哲朗２、井波暢人１、武市泰男１、佐賀山遼子１、水口将輝３、野口大介３、竹田修３、横尾哲也１、伊藤晋一１
1 KEK-物構研、2 物材機構、3 東北大
地球温暖化を緩和し将来の低炭素社会を実現するためには化石燃料消費の低減が必須である。輸送部門においては、ハイブリッド自動車や電気自動車へ切り替えることにより、大幅なエネルギー効率の改善が見込まれる。ハイブリッド自動車や電気自動車では、駆動用モータはバッテリーや動力制御装置などとともに最も重要な要素であり、エネルギー効率の高いハイブリッド自動車の実現には高性能の永久磁石材料が必須となっている。希少元素を代替する高性能磁性材料の開発を進めるためには、既存の磁性材料の抱える問題点の洗い出し、高い磁気異方性や保磁力の発現メカニズムの解明、新規磁性材料の高スループットでの評価・解析が重要となっている。そこで、最先端の電子顕微鏡を用いた微細組織評価と合わせて、放射光および中性子の利用が欠かせない。本研究では放射光および中性子を総合的に利用することにより、高性能磁性材料に必要な磁気異方性の起源の探索や保磁力メカニズムの解明、さらには製造プロセスにおける問題点の解明までを行い、希少元素を代替する高性能磁性材料開発に資することを目的としている。
本発表ではこれまで行ったマルチプローブ量子ビーム解析の中から、以下のテーマについて報告する。① X 線顕微鏡による元素識別磁気構造観察、②中性子回折を用いた磁性材料の磁気構造解析、③ X 線回折による磁性材料の構造解析、④ 中性子非弾性散乱による磁性材料のスピン波測定、⑤ X 線イメージングによる溶融金属の表面張力測定。
マルチプローブ量子ビーム解析により、既存の磁性材料の問題点である保磁力と異方性磁場の値の乖離という問題解決にせまり、高性能化に貢献することが期待される。基礎研究の観点からは保磁力や高い磁気異方性のメカニズム解明など、未解明の重要問題に解明の道筋をつけることが出来ると期待される。本研究から得られた知見や量子ビーム解析手法の構築により、希少元素を代替する高性能磁性材料の開発が高効率化され、わが国の産業競争力強化につながることが期待される。