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論文

Quantum dynamics of hydrogen in the iron-based superconductor LaFeAsO$$_{0.9}$$D$$_{0.1}$$ measured with inelastic neutron spectroscopy

山浦 淳一*; 平賀 晴弘*; 飯村 壮史*; 村場 善行*; Bang, J.*; 池内 和彦*; 中村 充孝; 稲村 泰弘; 本田 孝志*; 平石 雅俊*; et al.

Physical Review B, 99(22), p.220505_1 - 220505_6, 2019/06

鉄系超伝導体LaFeAsO$$_{0.9}$$D$$_{0.1}$$の非弾性中性子散乱実験により、超伝導転移温度26K以下において、5-15meVのエネルギー領域に新しい励起が生じることを見出した。なお、この励起は母物質であるLaFeAsO$$_{0.9}$$F$$_{0.1}$$では現れない。14.5meVと11.1meVに現れる強い励起は水素の量子ラットリングまたはバンド運動に起因し、格子間サイトが2個以上のポテンシャル極小点を有する場合にのみ出現するものと結論付けた。

論文

Gapless magnetic excitation in a heavily electron-doped antiferromagnetic phase of LaFeAsO$$_{0.5}$$D$$_{0.5}$$

玉造 博夢*; 平賀 晴弘*; 池内 和彦*; 飯村 壮史*; 村場 善行*; 中村 充孝; 佐賀山 基*; 山浦 淳一*; 村上 洋一*; 倉本 義夫*; et al.

Physical Review B, 98(17), p.174415_1 - 174415_6, 2018/11

 被引用回数:1 パーセンタイル:100(Materials Science, Multidisciplinary)

中性子非弾性散乱実験によりLaFeAsO$$_{0.5}$$D$$_{0.5}$$の第二反強磁性母相におけるギャップレス磁気励起の研究を行った。実験の結果、他の鉄系超伝導の母物質とは異なり、LaFeAsO$$_{0.5}$$D$$_{0.5}$$では磁気励起ギャップが4Kもの非常に低い温度においてもなお観測されないことを見出した。このギャップレス励起はab面内の擬等方性に起因するものと理解され、バンド計算による先行研究の結果と一致する。さらに、この相での磁気励起強度はノンドープのLaFeAsOに比べてはるかに強いこと、及び、常磁性相においてもなおLaFeAsO$$_{0.5}$$D$$_{0.5}$$の磁気励起が存在することを見出した本研究の実験結果は、本系において電子ドープが局在性を増強すると主張する最近の研究結果を強く支持する。

論文

Bipartite magnetic parent phases in the iron oxypnictide superconductor

平石 雅俊*; 飯村 壮史*; 小嶋 健児*; 山浦 淳一*; 平賀 晴弘*; 池田 一貴*; Miao, P.*; 石川 喜久*; 鳥居 周輝*; 宮崎 正範*; et al.

Nature Physics, 10(4), p.300 - 303, 2014/04

 被引用回数:62 パーセンタイル:3.79(Physics, Multidisciplinary)

High-temperature (high-$$T_{rm c}$$) superconductivity appears as a consequence of the carrier-doping of an undoped parent compound exhibiting antiferromagnetic order; thereby, ground-state properties of the parent compound are closely relevant to the superconducting state. On the basis of the concept, a spin-fluctuation has been addressed as an origin of pairing of the superconducting electrons in cuprates. Whereas, there is growing interest in the pairing mechanism such as an unconventional spin-fluctuation or an advanced orbital-fluctuation due to the characteristic multi-orbital system in iron-pnictides. Here, we report the discovery of an antiferromagnetic order as well as a unique structural transition in electron-overdoped LaFeAsO$$_{1-x}$$H$$_x$$ ($$x sim 0.5$$), whereby another parent phase was uncovered, albeit heavily doped. The unprecedented two-dome superconducting phases observed in this material can be interpreted as a consequence of the carrier-doping starting from the original at $$x sim 0$$ and advanced at $$x sim 0.5$$ parent phases toward the intermediate region. The bipartite parent phases with distinct physical properties in the second magnetic phase provide us with an interesting example to illustrate the intimate interplay among the magnetic interaction, structural change and orbital degree of freedom in iron-pnictides.

論文

Magnetic structure and electromagnetic properties of LnCrAsO with a ZrCuSiAs-type structure (Ln = La, Ce, Pr, and Nd)

Park, S.-W.*; 溝口 拓*; 樹神 克明; 社本 真一; 大友 季哉*; 松石 聡*; 神谷 利夫*; 細野 秀雄*

Inorganic Chemistry, 52(23), p.13363 - 13368, 2013/12

 被引用回数:12 パーセンタイル:35.91(Chemistry, Inorganic & Nuclear)

We report the synthesis, structure, and electromagnetic properties of Cr-based layered oxyarsenides LnCrAsO (Ln = La, Ce, Pr, and Nd) with a ZrCuSiAs-type structure. All LnCrAsO samples showed metallic electronic conduction. Electron doping in LaCrAsO by Mnsubstitution for the Cr sites gave rise to a metal-insulator transition. Analysis of powder neutron diffraction data revealed that LaCrAsO had Gtype antiferromagnetic (AFM) ordering, i.e., a checkerboard-type AFM ordering in the CrAs plane and antiparallel spin coupling between the adjacent CrAs planes, at 300 K with a large spin moment of 1.57 $$mu_B$$ along the c axis. The magnetic susceptibility of LaCrAsO was very small (on the order of 10$$^{-3}$$ emu/mol) and showed a broad hump at $$sim$$550 K. First-principles density functional theory calculations of LaCrAsO explained its crystal structure and metallic nature well, but could not replicate the antiparallel spin coupling between the CrAs layers. The electronic structure of LaCrAsO is discussed with regard to those of related compounds LaFeAsO and LaMnAsO.

論文

Switching of intra-orbital spin excitations in electron-doped iron pnictide superconductors

飯村 壮史*; 松石 聡*; 宮川 仁*; 谷口 尚*; 鈴木 雄大*; 臼井 秀知*; 黒木 和彦*; 梶本 亮一; 中村 充孝; 稲村 泰弘; et al.

Physical Review B, 88(6), p.060501_1 - 060501_5, 2013/08

 被引用回数:18 パーセンタイル:25.75(Materials Science, Multidisciplinary)

We investigate the doping dependence of the magnetic excitations in two-superconducting-dome-system LaFeAsO$$_{1-x}$$D$$_{x}$$. Using inelastic neutron scattering, spin fluctuations at different wavenumbers were observed under both superconducting domes around $$x = 0.1$$ and 0.4, but vanished at $$x = 0.2$$ corresponding to the $$T_c$$ valley. Theoretical calculations indicate that the characteristic doping dependence of spin fluctuations is rationally explained as a consequence of the switching of the two intra-orbital nestings within Fe-3$$d_{YZ, ZX}$$ and 3$$d_{X^2-Y^2}$$ by electron doping. The present results imply that the multi-orbital nature plays an important role in the doping and/or material dependence of the $$T_{c}$$ of the iron pnictide superconductors.

論文

From antiferromagnetic insulator to ferromagnetic metal; Effect of hydrogen substitution in LaMnAsO

半那 拓*; 松石 聡*; 樹神 克明; 大友 季哉*; 社本 真一; 細野 秀雄*

Physical Review B, 87(2), p.020401_1 - 020401_5, 2013/01

 被引用回数:22 パーセンタイル:20.46(Materials Science, Multidisciplinary)

Manganese oxyarsenide hydrides LaMnAsO$$_{1-x}$$H$$_x$$ ($$x$$ = 0-0.73) were synthesized by a solid state reaction under a high pressure of 2 GPa. The hydride ions H$$^-$$ in O$$^{2-}$$ sites induced an insulator-to-metal conversion and suppressed the antiferromagnetic ordering of Mn spins. Instead, ferromagnetism with negative magnetoresistance was observed. The Curie temperature and saturated moment per Mn increased with $$x$$ up to 264 K and 1.5 $$mu_B$$, respectively, at $$x$$ = 0.73. These results indicate that H$$^-$$ donate conduction electrons to the MnAs layer, mediating a direct ferromagnetic interaction between Mn atoms.

論文

Structural analysis and superconductivity of CeFeAsO$$_{1-x}$$H$$_{x}$$

松石 聡*; 半那 拓*; 村場 善行*; Kim, S. W.*; Kim, J. E.*; 高田 昌樹*; 社本 真一; Smith, R. I.*; 細野 秀雄*

Physical Review B, 85(1), p.014514_1 - 014514_6, 2012/01

 被引用回数:34 パーセンタイル:13.13(Materials Science, Multidisciplinary)

LnFeAsO$$_{1-x}$$H$$_{x}$$($$Ln$$=lanthanoid)の1111型鉄系超伝導体を代表して、CeFeAsO$$_{1-x}$$(D,H)$$_{x}$$ ($$x$$=0.0-0.48)で粉末中性子回折と放射光X線回折測定を行った。これらの結果は、出発物質の水素の種類に関係なく両方の試料でH$$^{-}$$イオンが酸素サイトを占めていることを強く示唆している。

論文

Hydrogen in layered iron arsenides; Indirect electron doping to induce superconductivity

半那 拓*; 村場 善行*; 松石 聡*; 井川 直樹; 樹神 克明; 社本 真一; 細野 秀雄*

Physical Review B, 84(2), p.024521_1 - 024521_7, 2011/07

 被引用回数:73 パーセンタイル:4.9(Materials Science, Multidisciplinary)

Utilizing the high stability of calcium and rare-earth hydrides, CaFeAsF$$_{1-x}$$H$$_x$$ ($$x$$ = 0.0-1.0) and SmFeAsO$$_{1-x}$$H$$_x$$ ($$x$$ = 0.0-0.47) have been synthesized using high pressure to form hydrogen-substituted 1111-type iron-arsenide superconductors. Neutron diffraction and density functional calculations have demonstrated that the hydrogens are incorporated as H$$^-$$ ions occupying F$$^-$$ sites in the blocking layer of CaFeAsF. The resulting CaFeAsO$$_{1-x}$$H$$_x$$ is nonsuperconducting, whereas, SmFeAsO$$_{1-x}$$H$$_x$$ is a superconductor, with an optimal $$T$$$$_{rm c}$$ =55 K at $$x$$ $$sim$$ 0.2. It was found that up to 40% of the O$$^{2-}$$ ions can be replaced by H$$^-$$ ions, with electrons being supplied into the FeAs layer to maintain neutrality (O$$^{2-}$$ = H$$^-$$ + e$$^-$$). When $$x$$ exceeded 0.2, $$T$$$$_{rm c}$$ was reduced corresponding to an electron overdoped region.

論文

Crystal and magnetic structures of the superconductor CeNi$$_{0.8}$$Bi$$_2$$

樹神 克明; 脇本 秀一; 井川 直樹; 社本 真一; 溝口 拓*; 細野 秀雄*

Physical Review B, 83(21), p.214512_1 - 214512_5, 2011/06

 被引用回数:14 パーセンタイル:38.21(Materials Science, Multidisciplinary)

We have performed powder neutron diffraction on the new superconductor, CeNi$$_{0.8}$$Bi$$_2$$ with a superconducting transition temperature $$T_textrm{c} sim$$ 4.2 K. The structural parameters of this compound at room temperature are determined by Rietveld analysis. Below about 5 K, the clear magnetic Bragg peaks with propagation vector $$q$$=(0 0 0) are observed. The observed intensities of magnetic Bragg peaks can be explained by the magnetic structure that the two Ce moments in the unit cell are antiparallel along the $$c$$-axis. The magnetic Bragg peaks are observed in the superconducting state, indicating the coexistence of the antiferromagnetic ordering and the superconductivity in this compound. The intensity of magnetic Bragg peak monotonously increases with decreasing temperature below $$T_textrm{N}$$ and does not exhibit apparant anomaly at $$T_textrm{c}$$, obviously different from cases of heavy fermion superconductors in which the magnetic ordering and the superconductivity coexist, for example, Cd-doped CeCoIn$$_5$$. These results suggest that the 4$$f$$ electron of the Ce atom is not coupled with the superconducting carrier, and the magnetic ordering is almost independent of the superconductivity in CeNi$$_{0.8}$$Bi$$_2$$.

論文

Antiferromagnetic bipolar semiconductor LaMnPO with ZrCuSiAs-type structure

柳 博*; 渡辺 匠*; 樹神 克明; 飯久保 智*; 社本 真一; 神谷 利夫*; 平野 正浩*; 細野 秀雄*

Journal of Applied Physics, 105(9), p.093916_1 - 093916_8, 2009/05

 被引用回数:31 パーセンタイル:19.66(Physics, Applied)

最近発見された超伝導体LaMnAs(P)Oと同じ構造を持つ、層状物質LaMnPOの電気的,磁気的性質を調べた。中性子回折実験と磁化率の温度依存性から、この物質は少なくとも375Kまでは反強磁性体であることがわかった。室温でのMn磁気モーメントは2.26$$mu_B$$で、Mn-P面内では反平行、面間では平行であり、LaMnAsOとは異なる。光学測定,光電子分光,電気抵抗測定の結果はこの物質が半導体であることを示す。さらにドープされていない場合はn型半導体であるが、LaサイトのCu, Ca置換によって極性が変わり、バイポーラ型半導体であることがわかった。バンド計算の結果も実験結果をサポートしている。

論文

Two-dimensional spin density wave state in LaFeAsO

石角 元志; 梶本 亮一; 社本 真一; 新井 正敏; 伊豫 彰*; 宮沢 喜一*; Shirage, P. M.*; 鬼頭 聖*; 永崎 洋*; Kim, S.-W.*; et al.

Journal of the Physical Society of Japan, 78(4), p.043705_1 - 043705_4, 2009/04

 被引用回数:34 パーセンタイル:15.08(Physics, Multidisciplinary)

The parent compound of Fe oxypnictide superconductor, LaFeAsO, has been studied by pulsed neutron powder inelastic scattering measurement at MERLIN in ISIS. The inelastic scattering intensity along $$Q$$-axis at $$T$$ = 140 K exhibits a prominent asymmetric peak ascribed to 2-dimensional magnetic rod. It persists even in the tetragonal phase up to room temperature, suggesting the existence of strong magnetic interaction.

論文

Lattice dynamics of LaFeAsO$$_{1-x}$$F$$_x$$ and PrFeAsO$$_{1-y}$$ via inelastic X-ray scattering and first-principles calculation

福田 竜生; Baron, A. Q. R.*; 社本 真一; 石角 元志; 中村 博樹; 町田 昌彦; 内山 裕士*; 筒井 智嗣*; 伊豫 彰*; 鬼頭 聖*; et al.

Journal of the Physical Society of Japan, 77(10), p.103715_1 - 103715_4, 2008/10

 被引用回数:39 パーセンタイル:14.25(Physics, Multidisciplinary)

X線非弾性散乱により、LaFeAsO$$_{1-x}$$F$$_x$$($$x$$=0, 0.1)及びPrFeAsO$$_{1-y}$$($$ysim$$0.1)の格子振動の測定を行った。3種類の粉末試料の測定により格子振動の状態密度が、PrFeAsO$$_{1-y}$$単結晶試料の測定により格子振動の分散関係が決定される。その結果、室温での全測定結果を矛盾なく説明するモデルは、第一原理計算の計算結果においてFe-As間のバネ定数を30%弱めることで得られることがわかった。

論文

30kA-NbTi実証ポロイダル・コイル(DPC-U)の不安定現象と安定性実験結果

小泉 徳潔; 奥野 清; 高橋 良和; 辻 博史; 西 正孝; 杉本 誠; 礒野 高明; 佐々木 崇*; 樋上 久彰*; 保川 幸雄*; et al.

低温工学, 28(3), p.150 - 159, 1993/00

次期核融合炉用大型強制冷凍型超電導コイルの開発を目的としたDPC計画の一環として、30kA-NbTi実証ポロイダル・コイルが作成された。しかしながら、臨界電流値の約1/10でコイルがクエンチしてしまうという不安定現象が観測された。この不安定現象の解明のために、コイルクエンチ時の電圧波形を観測する実験、および安定性実験を行った。これらの実験の結果、本コイルの不安定現象が導体内電流分布の不均一に起因することがわかり、さらにこの電流分布の不均一は誘導ヒータを用いることにより改善できることが分かった。これにより本コイルの安定な通電の可能性が示唆された。

口頭

X線非弾性散乱による鉄系超伝導物質の格子振動の測定

福田 竜生; Baron, A. Q. R.*; 社本 真一; 石角 元志; 中村 博樹; 町田 昌彦; 内山 裕士*; 筒井 智嗣*; 伊豫 彰*; 鬼頭 聖*; et al.

no journal, , 

われわれは、鉄系新超伝導物質の超伝導発現機構に関する知見を得るため、非共鳴X線非弾性散乱法を用い、LaFeAsO$$_{1-x}$$F$$_x$$($$x$$=0, 0.1)及びPrFeAsO$$_{1-y}$$($$y$$=0.4)の粉末試料で格子振動密度(DOS)の測定を、さらにPrFeAsO$$_{1-y}$$($$ysim$$0.1)の単結晶で格子振動の分散関係の測定を行った。実験データの解析の結果、DOSはどの試料もほぼ同じ形をしており、3番目のピークが第一原理計算の結果と比較して5meV程度ソフト化していることを見いだした。これは分散関係とともに、Fe-As間の第一近接の相互作用のみを30%程度弱めることによって矛盾なく説明できることがわかった。

口頭

LaFeAsOの2次元スピン密度波

石角 元志; 梶本 亮一; 社本 真一; 新井 正敏; 伊豫 彰*; 宮沢 喜一*; Shirage, P. M.*; 鬼頭 聖*; 永崎 洋*; Kim, S.*; et al.

no journal, , 

鉄砒素高温超伝導体の母相であるLaFeAsO粉末試料の中性子非弾性散乱実験を英国ISISのMERLINにて行い、約140Kで、Q$$sim$$1.2$$AA$$及び$$sim$$2.5$$AA$$に強い非弾性磁気散乱が観測された。観測されたQに関して非対称なピーク形状は2次元磁気散乱ロッドに対応している。低温では急速に強度がなくなるものの、室温付近まで明瞭にピークが観測された。この結果は強い磁気的な相互作用の存在を示唆している。

口頭

LaFeAsOの2次元スピン密度波

石角 元志; 梶本 亮一; 社本 真一; 新井 正敏; 伊豫 彰*; 宮沢 喜一*; Shirage, P. M.*; 鬼頭 聖*; 永崎 洋*; Kim, S.-W.*; et al.

no journal, , 

鉄砒素高温超伝導体の母相であるLaFeAsO粉末試料に対して英国ISISのMERLINにて中性子非弾性散乱実験を行った。約140Kのスピン密度波状態へ相転移温度付近で、Q$$sim$$1.2$AA $^{-1}$$及び$$sim$$2.5$AA $^{-1}$$に磁気散乱が観測された。観測されたQに関して非対称なピーク形状は2次元磁気散乱ロッドに対応していることがわかった。

口頭

Two-dimensional spin density wave state in LaFeAsO

石角 元志; 梶本 亮一; 社本 真一; 新井 正敏; 伊豫 彰*; 宮沢 喜一*; Shirage, P. M.*; 鬼頭 聖*; 永崎 洋*; Kim, S.-W.*; et al.

no journal, , 

鉄砒素高温超伝導体の母相であるLaFeAsO粉末試料に対して中性子非弾性散乱実験を行った。約140Kのスピン密度波状態へ相転移温度付近で、($$pi$$,$$pi$$,$$ell$$)に磁気散乱ロッドが観測された。観測されたQに関して非対称なピーク形状はスピン密度波の2次元性を示唆していることがわかった。

口頭

Two-dimensional spin density wave state in LaFeAsO

石角 元志; 梶本 亮一; 社本 真一; 新井 正敏; 伊豫 彰*; 宮沢 喜一*; Shirage, P. M.*; 鬼頭 聖*; 永崎 洋*; Kim, S.-W.*; et al.

no journal, , 

鉄砒素高温超伝導体の母相であるLaFeAsO粉末試料の中性子非弾性散乱実験を英国ISISのMERLINにて行い、室温付近まで強い非弾性磁気散乱が観測された。観測された磁気散乱はQに関して非対称なピーク形状を示し、これは2次元磁気散乱ロッドに対応している。この結果は強い磁気的な相互作用の存在を示唆している。

口頭

Magnetic excitation spectrum in LaFeAsO$$_{1-x}$$F$$_{x}$$ system

社本 真一; 脇本 秀一; 石角 元志; 樹神 克明; 梶本 亮一; 新井 正敏; 松田 雅昌; 加倉井 和久; 江坂 文孝; 伊豫 彰*; et al.

no journal, , 

One of the electron-doped Fe pnictide superconductor systems, LaFeAsO$$_{1-x}$$F$$_{x}$$, has been studied by neutron powder inelastic scattering measurements at MERLIN of ISIS and TAS-1, 2 of JRR-3. As for the parent compound, the inelastic scattering intensity along the Q-axis at T = 140 K exhibits a prominent asymmetric peak ascribed to a magnetic rod, suggesting the two-dimensionality of the spin density wave above the magnetic transition temperature. It persists even in the tetragonal phase up to room temperature. Superconducting samples (x = 0.057, T$$_{c}$$ = 25 K and x = 0.082, T$$_{c}$$ = 29 K) also exhibit the peaks at the same Q positions but at low temperatures. The observed dynamical spin susceptibilities have a maximum at about 11 meV at 4 K. The relationship to superconductivity is discussed together with the recent result on an overdoped sample with x = 0.158.

口頭

Crystal and magnetic structure of new superconductor CeNi$$_{0.8}$$Bi$$_2$$

樹神 克明; 脇本 秀一; 井川 直樹; 社本 真一; 溝口 拓*; 細野 秀雄*

no journal, , 

We have performed powder neutron diffraction on new superconductor, CeNi$$_{0.8}$$Bi$$_2$$ with superconducting transtion temperature $$T_textrm{c} sim$$ 4.2 K. The structural parameters of this compound at room temperature are determined by Rietveld analysis. Below about 5 K, the clear magnetic Bragg peaks with propagation vector $$q$$=(0 0 0) are observed. The observed intensities of magnetic Bragg peaks can be explained by the magnetic structure that the two Ce moments in the unit cell are antiparallel along $$c$$ axis. The magnetic Bragg peaks are observed in superconducting state, indicating the coexistence of the antiferromagnetic ordering and the superconductivity in this compound. The intensity of magnetic Bragg peak monotonously increases with decreasing temperature below $$T_textrm{N}$$ and does not exhibit apparent anomaly at $$T_textrm{c}$$, obviously different from cases of heavy fermion superconductors in which the magnetic ordering and the superconductivity coexist, for example, Cd-doped CeCoIn$$_5$$. These results suggest that the 4$$f$$ electron of Ce atom is not coupled with the superconducting carrier and the magnetic ordering is almost independent of the superconductivity in CeNi$$_{0.8}$$Bi$$_2$$.

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