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論文

Cu $$K$$-edge X-ray absorption fine structure study of $$T'$$-type $$RE$$$$_{2}$$CuO$$_{4+alpha-delta}$$ ($$RE$$ = Rare Earth); Toward unified understanding of electronic state of $$T'$$-type cuprate

Chen, Y.*; 浅野 駿*; Wang, T.*; Xie, P.*; 北山 慎之介*; 石井 賢司*; 松村 大樹; 辻 卓也; 谷口 貴紀*; 藤田 全基*

JPS Conference Proceedings (Internet), 38, p.011050_1 - 011050_6, 2023/05

https://doi.org/10.7566/JPSCP.38.011050

To investigate the variation of the electronic state of $$T'$$-type cuprate due to annealing, we performed Cu $$K$$-edge X-ray absorption fine structure measurements on Pr$$_{2}$$CuO$$_{4+alpha-delta}$$ (PCO) and Pr$$_{1.3}$$La$$_{0.7}$$CuO$$_{4+alpha-delta}$$ (PLCO). The induced electrons due to annealing ($$n_{AN}$$) in PCO and PLCO were approximately 2$$delta$$, consistent with a model of electron doping to Mott insulator. Here, $$alpha$$ and $$delta$$ represent the amount of excess oxygen from the stoichiometric composition in the as-sintered compound and that of oxygen loss due to annealing, respectively. Furthermore, the energy of the Einstein oscillator ($$hbaromega_{E}$$) for the Cu-O$$_{p}$$ bond was evaluated by extended X-ray absorption fine structure analysis. (O$$_{p}$$ denotes the in-plane oxygen.) We found a small annealing effect on $$hbaromega_{E}$$ for both PCO and PLCO.

論文

Distinct variation of electronic states due to annealing in $$T'$$-type La$$_{1.8}$$Eu$$_{0.2}$$CuO$$_{4}$$ and Nd$$_{2}$$CuO$$_{4}$$

浅野 駿*; 石井 賢司*; 松村 大樹; 辻 卓也; 工藤 康太*; 谷口 貴紀*; 齋藤 真*; 春原 稔樹*; 川股 隆行*; 小池 洋二*; et al.

Physical Review B, 104(21), p.214504_1 - 214504_7, 2021/12

https://doi.org/10.1103/PhysRevB.104.214504
 被引用回数：0 パーセンタイル：0(Materials Science, Multidisciplinary)

We performed Cu K-edge X-ray absorption fine-structure measurements on $$T'$$-type La$$_{1.8}$$Eu$$_{0.2}$$CuO$$_{4}$$ (LECO) and Nd$$_{2}$$CuO$$_{4}$$ (NCO) to investigate the variation in the electronic state associated with the emergence of superconductivity due to annealing. The X-ray absorption near-edge structure spectra of as-sintered (AS) LECO are quite similar to those of AS NCO, indicating that the ground state of AS LECO is a Mott insulator. The electron density after annealing $$n_{rm AN}$$ was evaluated for both superconducting LECO and nonsuperconducting NCO and was found to be 0.40 and 0.05 electron per Cu atom, respectively. In LECO but not in NCO, extended X-ray absorption fine-structure analysis revealed a reduction in the strength of the Cu-O bond in the CuO$$_{2}$$ plane due to annealing, which is consistent with the screening effect on phonons in the metallic state. The origin of the difference in doping processes due to annealing is discussed in relation to the size of the charge-transfer gap.

論文

振り返って見えてくること

社本 真一

高温超伝導の若きサムライたち; 日本人研究者の挑戦と奮闘の記録, p.105 - 121, 2019/12

高温超伝導体発見の初期における日本の若い研究者(当時の大学の助手レベル)の奮闘ぶりについて記述する回想録の一部として、第3章(3.4)を執筆した。

論文

Ce substitution and reduction annealing effects on electronic states in Pr$$_{2-x}$$Ce$$_x$$CuO$$_4$$ studied by Cu $$K$$-edge X-ray absorption spectroscopy

浅野 駿*; 石井 賢司*; 松村 大樹; 辻 卓也; 伊奈 稔哲*; 鈴木 謙介*; 藤田 全基*

Journal of the Physical Society of Japan, 87(9), p.094710_1 - 094710_5, 2018/09

https://doi.org/10.7566/JPSJ.87.094710
 被引用回数：12 パーセンタイル：64.96(Physics, Multidisciplinary)

We investigated the Ce substitution and reduction annealing effects on the electronic states at copper sites by Cu $$K$$-edge X-ray absorption near-edge structure measurements in Pr$$_{2-x}$$Ce$$_x$$CuO$$_{4+alpha-delta}$$ (PCCO) with varying $$x$$ and $$delta$$ (amount of oxygen loss during annealing). Absorption near-edge spectra were modified by Ce substitution and reduction annealing similarly with increasing $$x$$ and $$delta$$. Considering electron doping by Ce substitution, this similarity indicates an increase in electron number at the copper sites due to annealing ($$n_{AN}$$). Furthermore, quantitative analyses of the spectra clarified that the number of Cu$$^+$$ sites, corresponding to the induced electron number by Ce substitution increases linearly with $$x$$ in the as-sintered PCCO, whereas $$n_{AN}$$ is not exactly equal to 2$$delta$$. For each $$x$$-fixed sample, $$n_{AN}$$tends to exceed 2$$delta$$ with increasing $$delta$$, suggesting the emergence of two types of carrier due to annealing.

論文

Reduction and oxidation annealing effects on Cu $$K$$-edge XAFS for electron-doped cuprate superconductors

浅野 駿*; 鈴木 謙介*; 松村 大樹; 石井 賢司*; 伊奈 稔哲*; 藤田 全基*

Journal of Physics; Conference Series, 969, p.012051_1 - 012051_5, 2018/04

https://doi.org/10.1088/1742-6596/969/1/012051
 被引用回数：3 パーセンタイル：82.15(Physics, Applied)

Reduction and oxidation annealing effects on the electronic states around the copper sites for Pr$$_{2-x}$$Ce$$_x$$CuO$$_4$$ and Nd$$_{2-x}$$Ce$$_x$$CuO$$_4$$ with $$x$$ = 0 and $$x$$ = 0.15 were investigated by Cu $$K$$-edge X-ray absorption measurements. Cu $$K$$ near-edge spectra were changed by the reduction annealing in a manner similar to the case of Ce substitution for both $$x$$ = 0 and $$x$$ = 0.15. This means an increase of electron density at the copper sites, indicating the aspect of electron doping in the reduction annealing. This reduction annealing effect on the near-edge spectra are reverted by the additional oxidation annealing. The amount of electron density around the copper sites is varied by the reduction and oxidation annealing, reversibly, corresponding to the reversible variation of the physical property from insulating to superconductivity.

論文

Observation of momentum-dependent charge excitations in hole-doped cuprates using resonant inelastic X-ray scattering at the oxygen $$K$$ edge

石井 賢司*; 遠山 貴巳*; 浅野 駿*; 佐藤 研太朗*; 藤田 全基*; 脇本 秀一; 筒井 健二*; 曽田 繁利*; 宮脇 淳*; 丹羽 秀治*; et al.

Physical Review B, 96(11), p.115148_1 - 115148_8, 2017/09

AA2017-0402.pdf:0.81MB

https://doi.org/10.1103/PhysRevB.96.115148
 被引用回数：29 パーセンタイル：77.9(Materials Science, Multidisciplinary)

We investigate electronic excitations in La$$_{2-x}$$(Br,Sr)$$_x$$CuO$$_4$$ using resonant inelastic X-ray scattering (RIXS) at the oxygen $$K$$ edge. We observed momentum-dependent spectral weight below 1 eV, which is consistent with theoretical calculation of the dynamical charge structure factor on oxygen orbitals in a three-band Hubbard model. Our results confirm that the momentum-dependent charge excitations exist on the order of the transfer energy ($$t$$), and the broad spectral line shape indicates damped and incoherent character of the charge excitations at the energy range in the doped Mott insulators.

論文

High energy magnetic excitations from the edge-sharing CuO$$_2$$ chains in Ca$$_2$$Y$$_2$$Cu$$_5$$O$$_{10}$$

松田 雅昌; 加倉井 和久; Yethiraj, M.*; 岡 邦彦*

Journal of the Physical Society of Japan, 74(5), p.1578 - 1581, 2005/05

https://doi.org/10.1143/JPSJ.74.1578
 被引用回数：3 パーセンタイル：26.67(Physics, Multidisciplinary)

Ca$$_2$$Y$$_2$$Cu$$_5$$O$$_{10}$$は辺共有CuO$$_2$$鎖を有する物質であり、低温において反強磁性相転移を示す。スピン構造は鎖内で強磁性的、鎖間で反強磁性的である。Ca$$_2$$Y$$_2$$Cu$$_5$$O$$_{10}$$において詳細な中性子非弾性散乱実験を行ったところ、鎖方向にはゾーン中心では鋭い磁気励起が観測されるが、中心から離れるにしたがって磁気励起のピーク幅の増加が見られた。さらに、高エネルギー領域でもう一つのブロードな励起モードを観測した。これらは古典スピン波理論では説明不可能な新しい現象である。

論文

Effects of hole doping on magnetic ground and excited states in the edge-sharing CuO$$_2$$ chains of Ca$$_{2+x}$$Y$$_{2-x}$$Cu$$_5$$O$$_{10}$$

松田 雅昌; 加倉井 和久; 黒木 章悟*; 工藤 一貴*; 小池 洋二*; 山口 博隆*; 伊藤 利充*; 岡 邦彦*

Physical Review B, 71(10), p.104414_1 - 104414_8, 2005/03

https://doi.org/10.1103/PhysRevB.71.104414
 被引用回数：13 パーセンタイル：49.98(Materials Science, Multidisciplinary)

Ca$$_{2+x}$$Y$$_{2-x}$$Cu$$_5$$O$$_{10}$$は辺共有CuO$$_2$$鎖を有する物質であり、低温において反強磁性相転移を示す。スピン構造は鎖内で強磁性的、鎖間で反強磁性的である。Ca$$_2$$Y$$_2$$Cu$$_5$$O$$_{10}$$において詳細な中性子非弾性散乱実験を行ったところ、鎖方向にはゾーン中心では鋭い磁気励起が観測されるが、中心から離れるに従って磁気励起のピーク幅の増加が見られた。また、この磁気励起の温度依存性,ホール濃度依存性について調べた結果、鎖に垂直方向の相互作用は温度上昇,ホールドープとともに減少するが、鎖方向の相互作用はほとんど変化しないことがわかった。さらに、高ホール濃度領域では、ホールの部分的秩序化を示唆する結果を得た。この結果から、高ホール濃度領域で見られるスピングラス的振る舞いの起源がフラストレーションによるものではなく、ホールの相分離により反強磁性クラスターができるためであることが明らかになった。

論文

Static spin correlations in lightly-doped La$$_2$$CuO$$_{4+delta}$$

松田 雅昌; 藤田 全基*; 山田 和芳*

Physica C, 408-410, p.810 - 811, 2004/08

https://doi.org/10.1016/j.physc.2004.03.140
 被引用回数：0 パーセンタイル：0(Physics, Applied)

高温超伝導体の母物質La$$_2$$CuO$$_4$$は反強磁性体であるが、ホールを少量ドープした物質では、ホール相分離により反強磁性相(高ホール濃度領域)とスピングラス相(低ホール濃度領域)が低温で共存することが観測されている。今回、われわれは酸素中熱処理によりホールドープしたLa$$_2$$CuO$$_{4+delta}$$単結晶を用いて中性子散乱実験を行った。その結果、約0.5%のホール濃度ではスピングラス相が観測されないことがわかった。この事実は、ホール相分離がある有限のホール濃度以下では起こらないことを示している。

口頭

Numerical simulations of terahertz emission from intrinsic Josephson junctions with variation of the number of junctions

太田 幸宏; 町田 昌彦; 小山 富男*; 松本 秀樹*

no journal, , 

層状銅酸化物超伝導体Bi$$_{2}$$Sr$$_{2}$$CaCuO$$_{8}$$によるテラヘルツ発振の観測を契機に、その発振機構の解明は超伝導工において関心を集めるテーマとなっている。本発表では、接合数に対する発振特性を解明すべく、マルチスケールシミュレーションを実装する。接合数依存性は発振強度の原理的な限界を精査するため重要であるが、従来の単一スケール手法では困難であり、ほとんど議論されてこなかった。そこで、超伝導メサの$$c$$軸方向に周期境界条件を課さず、層間相互作用とメサ境界からの影響を取り入れた手法を開発する。シミュレーションの結果、接合数の増大に伴い、低バイアス領域における主要寄与とされる基本モードに相当する発振ピークの増幅が確認され、シミュレーションが成功していることがわかった。

口頭

固有ジョセフソン接合系におけるテラヘルツ発振の接合数依存マルチスケールシミュレーション

太田 幸宏; 町田 昌彦

no journal, , 

層状銅酸化物超伝導体Bi$$_2$$Sr$$_2$$CaCu$$_2$$O$$_8$$によるテラヘルツ発振の観測を契機に、その発振機構の解明は理論および実験の両面から大きな関心を集めるテーマとなっている。特に、系統的なデバイス設計に役立つシミュレーション法の確立は当該分野で待望されている。シミュレーション上の困難として、デバイス内および外を含む大規模な電磁場解析が要請されることがある。そこで、我々は空間スケールに関するマルチスケールシミュレーションを実装する超並列化計算コードを開発し、その解決にあたった。本コードの特色として、固有ジョセフソン接合の接合数依存性を系統的に調べることが可能となる点があげられる。すなわち、接合数に対する発振特性が解明される。シミュレーションの結果、基本モードに相当する発振ピーク強度が接合数の二乗に比例することを見出した。さらに、同位相モードは接合数が100程度になると顕著になることを見出した。このようにデバイスに含まれる接合数に応じた発振特性の予測の基盤を構築できる。

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