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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

 被引用回数:4 パーセンタイル:39.6(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

 被引用回数:2 パーセンタイル:8.54

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

 被引用回数:14 パーセンタイル:22.22(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

Momentum dependence of Mott gap excitations in optimally doped YBa$$_2$$Cu$$_3$$O$$_{7-delta}$$ studied by resonant inelastic X-ray scattering

石井 賢司; 筒井 健二*; 遠藤 康夫*; 遠山 貴己*; 葛下 かおり; 稲見 俊哉; 大和田 謙二; 前川 禎通*; 増井 孝彦*; 田島 節子*; et al.

AIP Conference Proceedings 850, p.445 - 446, 2006/09

共鳴非弾性X線散乱により最適ドープにある高温超伝導体YBa$$_2$$Cu$$_3$$O$$_{7-delta}$$($$T_{c}$$=93K)の研究を行った。非双晶の結晶を用いることでab面内における異方的なスペクトルを観測することができた。一次元CuO鎖からの励起は$$b^{*}$$方向のゾーン端で2eVあたりに強度が増大するのに対し、1.5-4eVにあるCuO$$_2$$面からの励起は運動量にほとんど依存しない。一次元及び二次元ハバードモデルに基づく理論計算では、異なったクーロンエネルギーを取り入れることで、観測したスペクトルを再現することができる。CuO鎖のモットギャップの大きさはCuO$$_2$$面に比べて小さいことが明らかになった。

論文

Doping Momentum dependence of charge dynamics in Nd$$_{2-x}$$Ce$$_{x}$$CuO$$_4$$ (x=0, 0.075, and 0.15) studied by Resonant inelastic X-ray scattering

石井 賢司; 筒井 健二*; 遠藤 康夫*; 遠山 貴己*; 前川 禎通*; Hoesch, M.; 葛下 かおり; 稲見 俊哉; 坪田 雅己; 山田 和芳*; et al.

AIP Conference Proceedings 850, p.403 - 404, 2006/09

共鳴非弾性X線散乱(RIXS)による電子ドープ型高温超伝導体Nd$$_{1.85}$$Ce$$_{0.15}$$CuO$$_4$$の電荷励起の研究について報告する。低エネルギーにある電荷励起を観測できるように実験条件を適切にあわせることで、フェルミエネルギーを越えるバンド内励起とバンド間励起を初めて分離することができた。バンド内励起では幅に運動量($${mathbf q}$$)依存があるような分散関係が現れるのに対し、バンド間励起では強度がゾーン中央で2eV付近に集中する。これらの実験結果は、ハバードモデルに基づくRIXSスペクトルの理論的な計算と一致している。

論文

Magnetic properties of the overdoped superconductor La$$_{2-x}$$Sr$$_{x}$$CuO$$_{4}$$ with and without Zn impurities

脇本 秀一; Birgeneau, R. J.*; Kagedan, A.*; Kim, H.-K.*; Swainson, I.*; 山田 和芳*; Zhang, H.*

Physical Review B, 72(6), p.064521_1 - 064521_9, 2005/08

 被引用回数:26 パーセンタイル:28.17(Materials Science, Multidisciplinary)

過剰に電荷担体(ホール)を導入したLa$$_{2-x}$$Sr$$_{x}$$CuO$$_{4}$$について、非磁性不純物であるZnを少量Cuサイトに置換した試料と、Zn不純物を含まない試料を用いて、磁化測定と中性子非弾性散乱実験を行った。磁化測定の結果から、Zn不純物を含まない試料で、あるしきい値を超えて電荷担体が導入されると、常磁性的なキュリー項が現れることを示した。Zn置換した試料との比較から、このキュリー項はZn置換の場合と同様、何らかの理由で反強磁性的相関が局所的に断ち切られることによることがわかった。中性子散乱の結果からは、Zn置換した試料では、Znを含まない試料に比べ、動的反強磁性相関が強くなることがわかった。これらの結果は、過剰ドープ領域の試料が反強磁性相関を伴う超伝導相と、常磁性的相関を持つフェルミ液体相への微視的相分離を示すためと考えられる。

論文

Field-induced transition between magnetically disordered and ordered phases in underdoped La$$_{2-x}$$Sr$$_{x}$$CuO$$_{4}$$

Khaykovich, B.*; 脇本 秀一; Birgeneau, R. J.*; Kastner, M. A.*; Lee, Y. S.*; Smeibidle, P.*; Vorderwisch, P.*; 山田 和芳*

Physical Review B, 71(22), p.220508_1 - 220508_4, 2005/06

 被引用回数:67 パーセンタイル:9.81(Materials Science, Multidisciplinary)

高温超伝導体であるLa$$_{2-x}$$Sr$$_{x}$$CuO$$_{4}$$の、弱低ドープであるx=0.144の試料について、磁場中での中性子散乱を行った。結果、零磁場中では観測されないスピン密度波の秩序状態が、3テスラ以上の磁場中で発現することを観測し、磁場により誘起される磁気的秩序状態への磁気相転移が存在することがわかった。この結果は近年の量子相転移の理論でよく説明される。

論文

Momentum dependence of charge excitations in the electron-doped superconductor Nd$$_{1.85}$$Ce$$_{0.15}$$CuO$$_4$$; A Resonant inelastic X-ray scattering study

石井 賢司; 筒井 健二*; 遠藤 康夫*; 遠山 貴己*; 前川 禎通*; Hoesch, M.; 葛下 かおり; 坪田 雅己; 稲見 俊哉; 水木 純一郎; et al.

Physical Review Letters, 94(20), p.207003_1 - 207003_4, 2005/05

 被引用回数:64 パーセンタイル:10.72(Physics, Multidisciplinary)

共鳴非弾性X線散乱(RIXS)による電子ドープ型高温超伝導体Nd$$_{1.85}$$Ce$$_{0.15}$$CuO$$_4$$の電荷励起の研究について報告する。低エネルギーにある電荷励起を観測できるように実験条件を適切にあわせることで、フェルミエネルギーを越えるバンド内励起とバンド間励起を初めて分離することができた。バンド内励起では幅に運動量($${mathbf q}$$)依存があるような分散関係が現れるのに対し、バンド間励起では強度がゾーン中央で2eV付近に集中する。これらの実験結果は、ハバードモデルに基づくRIXSスペクトルの理論的な計算と一致している。

論文

Mott gap excitations in twin-free YBa$$_2$$Cu$$_3$$O$$_{7-delta}$$ ($$T_{c}$$ = 93 K) studied by resonant inelastic X-ray scattering

石井 賢司; 筒井 健二*; 遠藤 康夫*; 遠山 貴己*; 葛下 かおり; 稲見 俊哉; 大和田 謙二; 前川 禎通*; 増井 孝彦*; 田島 節子*; et al.

Physical Review Letters, 94(18), p.187002_1 - 187002_4, 2005/05

 被引用回数:38 パーセンタイル:18.1(Physics, Multidisciplinary)

共鳴非弾性X線散乱により最適ドープにある高温超伝導体YBa$$_2$$Cu$$_3$$O$$_{7-delta}$$($$T_{c}$$=93K)の研究を行った。非双晶の結晶を用いることでab面内における異方的なスペクトルを観測することができた。一次元CuO鎖からの励起は$$b^{*}$$方向のゾーン端で2eVあたりに強度が増大するのに対し、1.5-4eVにあるCuO$$_2$$面からの励起は運動量にほとんど依存しない。一次元及び二次元ハバードモデルに基づく理論計算では、異なったクーロンエネルギーを取り入れることで、観測したスペクトルを再現することができる。CuO鎖のモットギャップの大きさはCuO$$_2$$面に比べて小さいことが明らかになった。

論文

Electronic structure of a half vortex

町田 昌彦; 小山 富男*; 加藤 勝*; 石田 武和*

Physica C, 412-414(Part 1), p.367 - 371, 2004/10

 被引用回数:4 パーセンタイル:73.31(Physics, Applied)

高温超伝導体と金属超伝導体の接合面においては、超伝導の対称性の違いにより、位相の干渉が起こり、半量子化磁束が現れることが実験により確かめられている。本研究では、この半磁束近傍での電子状態を厳密対角化により求め、その束縛状態の特性を明らかにする。また、現象論であるギンツブルクランダウ理論のシミュレーション結果を示し、そのマクロな電磁特性も明らかにする。以上、半量子化磁束の性質を第一原理的レベルを中心に、系統的に明らかにする。また、講演では、デバイス応用への可能性についても議論する。

論文

Unified theory for magnetic and electric field coupling in multistacked Josephson junctions

町田 昌彦; 酒井 滋樹*

Physical Review B, 70(14), p.144520_1 - 144520_6, 2004/10

 被引用回数:32 パーセンタイル:20.67(Materials Science, Multidisciplinary)

高温超伝導体は、その結晶構造が超伝導及び絶縁体(物質によっては半導体や金属)の積層構造からなっており、積層方向に対して弱くジョセフソン結合していることが知られている。また、最近、超伝導体に対するナノファブリケーション技術が発達してきたため、人工的にも積層型のジョセフソン接合が作られるようになっている。本論文では、この積層型ジョセフソン接合の超伝導位相のダイナミクスを記述する理論を構築し、基本方程式を導出した。また、この基本方程式から、超伝導位相の微小振動(プラズマモード)の分散関係を示し、超伝導プラズマモードがどのように励起されるかを示した後、縦プラズマを励起してモード変換により電磁波へと変換可能であること等を議論し、電磁波発振源としての可能性についても記している。

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

 被引用回数:0 パーセンタイル:100(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。

論文

Localized rotating-modes in capacitively coupled intrinsic Josephson junctions; Systematic study of branching structure and collective dynamical instability

町田 昌彦; 小山 富男*

Physical Review B, 70(2), p.024523_1 - 024523_6, 2004/07

 被引用回数:54 パーセンタイル:11.01(Materials Science, Multidisciplinary)

高温超伝導体の結晶は、超伝導層及び絶縁層(半導体や金属の場合もある)の積層構造からなるため、積層方向に弱くジョセフソン接合していることが知られている。本論文では、この結晶構造に由来するジョセフソン接合(固有ジョセフソン接合と呼ばれる)の特性のうち、物質によって変化する電流電圧特性の違いが何に起因するかを明らかにした。一般にジョセフソン接合は、単一な接合が孤立している場合は、単振り子の運動と等価であることが知られているが、固有ジョセフソン接合は、多数の振り子の結合系であり、特有の非線形局在運動が生じる。本論文では、この非線形局在運動が、系のダイナミクスを支配し、電流電圧特性などの観測量に大きな影響を与えることを示したほか、非線形局在運動の広がりが物質により変化し、これが、物質による電流電圧特性の違いをもたらしていることを明らかにした。

論文

Static antiferromagnetic correlations under magnetic fields in electron-doped high-${it T}$$$_{c}$$ cuprate superconductor Pr$$_{0.89}$$LaCe$$_{0.11}$$CuO$$_{4}$$

藤田 全基*; 松田 雅昌; 片野 進; 山田 和芳*

Physica B; Condensed Matter, 345(1-4), p.19 - 22, 2004/03

 被引用回数:1 パーセンタイル:92.27(Physics, Condensed Matter)

電子ドープ系高温超伝導体の静的反強磁性相関の磁場依存性を中性子散乱によって調べた。試料は零磁場下では約25Kで超伝導を示し、わずかに反強磁性秩序を示す。5テスラまでの磁場中でこの反強磁性が大きく増大するが、5テスラを越えると磁場とともに徐々に減少する。得られた実験結果をこれまでの高温超伝導体における磁場効果と比較して議論する。磁場下での反強磁性の誘起は、銅酸化物超伝導体における共通のふるまいであることが明らかになった。

論文

Direct numerical simulations for local superconductivity above upper critical field; Theoretical confirmation of stable precursors

町田 昌彦; 板倉 充洋

Physica C, 392-396(1-4), p.331 - 335, 2003/10

最近、高温超伝導体における超伝導臨界温度以上での超伝導前駆現象が多くの注目を浴びている。しかしながら、多くの理論研究にもかかわらず、その理解は進んでいない。この状況は、高温超伝導体が強い電子相関を持つことから、確立した理論的枠組みが存在しないという事情が大きく関与していると考えられる。そこで、本研究では既に理論的に確立した時間依存のギンツブルクランダウ方程式の枠組みを用いて、上部臨界磁場以上での超伝導秩序パラメータのダイナミクスを大規模数値シミュレーションにより調べた。その結果、この方程式の枠組みの範囲でも超伝導揺らぎを含む系は安定な局所的超伝導状態を上部臨界磁場以上で示すことがわかった。この結果から、上記前駆現象は、高温超伝導体特有の強い電子相関とはあまり関係がなく強い超伝導揺らぎによる可能性が示されたことになる。また、上記結果は超伝導一般の現象の発見であり、全ての第二種型超伝導体において見いだされるものと考えられる。

論文

Phase diagram and dynamical matching of Josephson vortices in mesoscopic layered high-Tc superconductors

町田 昌彦

Physica C, 388-389, p.679 - 680, 2003/05

 被引用回数:0 パーセンタイル:100(Physics, Applied)

現在、磁場中で層状高温超伝導体が示すジョセフソン磁束状態が多くの研究者の興味を惹いている。これは、ジョセフソン磁束が運動する際にプラズマを励起し電磁波を発振したりすることが知られている一方、静的磁束状態がこれまでの磁束状態に対する理解を超えた振る舞いをすることが分ってきたからである。本発表では、このジョセフソン磁束状態の磁場及び温度依存性を調べるため行った結合サインゴルドン方程式に対する大規模数値シミュレーション結果について報告する。また、上記方程式に対し時間発展を追跡しジョセフソン磁束の運動とともに磁束とサンプルエッジとのマッチングにより電気抵抗の磁場周期性が得られることについても同時に報告する。

論文

Vibronic mechanism of high-${it Tc}$ superconductivity

立木 昌*; 町田 昌彦; 江上 毅*

Physical Review B, 67(17), p.174506_1 - 174506_12, 2003/05

 被引用回数:45 パーセンタイル:13.95(Materials Science, Multidisciplinary)

高温超伝導体に対して最近中性子非弾性散乱やSpring8等で実験が行われ、フォノン分散の異常(ソフトニング)が発見されている。また、光電子分光の実験でも電子構造に平坦なバンド構造が見られ、極めて異常な様相が明らかになってきた。本研究では、これらの実験結果をもとに、電荷揺らぎが低エネルギー(60meV程度まで)領域にまでソフト化し、電荷のオーバースクリーニングが起こるという条件を仮定することで、フォノンが非常に強く電子系と結合し、高温超伝導を引起こす強い電子間引力を与えることを発見した。また、その機構のもと、エリアシュベルク方程式を数値的に解き、超伝導ギャップ波動関数を求めた。結果は高温超伝導の特質を再現したため、上記機構が高温超伝導の本質であると結論づけた。

論文

Dynamical matching of Josephson vortex lattice with sample edge in layered high-${it Tc}$ superconductors; Origin of the periodic oscillation of flux flow resistance

町田 昌彦

Physical Review Letters, 90(3), p.037001_1 - 037001_4, 2003/01

 被引用回数:58 パーセンタイル:11.48(Physics, Multidisciplinary)

物質材料研究機構の大井らは、最近、メゾスケールの高温超伝導体において、極めて正確な抵抗の磁気振動が観測されることを確かめた。この磁気振動は、ほぼ0.5テスラから4テスラ程度まで観測され、振動の周期は、サンプルサイズに逆比例することも確認している。本論文では、この磁気振動のメカニズムを解明するため、数値シミュレーションを行い、世界で始めて、この結果を再現することに成功した。そのうえ、実験では知ることのできない、磁束格子のダイナミクスを示し、磁束格子とサンプルエッジとの動的なマッチング効果が電気抵抗の磁気振動を与えることを明らかにした。また、実験において周期的振動が観測されうる条件が知られていたが、これについても定性的説明を与えることに成功している。

報告書

第13回高温超伝導研究会報告要旨集

岡安 悟; 北條 喜一; 石田 武和*

JAERI-Review 2002-018, 118 Pages, 2002/09

JAERI-Review-2002-018.pdf:10.38MB

この研究会は、(旧)科学技術庁超伝導材料研究「マルチコアプロジェクトII」計画の一環として行われたもので、基礎理論及び各種実験結果,高エネルギーイオン照射による材料改質効果に関連した発表のアブストラクトである。

論文

Electronic phase separation in lightly doped La$$_{2-x}$$Sr$$_{x}$$CuO$$_{4}$$

松田 雅昌; 藤田 全基*; 山田 和芳*; Birgeneau, R. J.*; 遠藤 康夫*; 白根 元*

Physical Review B, 65(13), p.134515_1 - 134515_6, 2002/04

 被引用回数:134 パーセンタイル:3.06(Materials Science, Multidisciplinary)

La$$_{2-x}$$Sr$$_{x}$$CuO$$_{4}$$低ホール濃度領域(0.02$$<$$x$$<$$0.055)における磁性を調べるために詳細な中性子散乱実験が行われてきた。その結果、この絶縁スピングラス領域において非整合磁気ピークの現れる位置が超伝導相(水平ストライプ構造)で観測される位置と比べて($$pi$$,$$pi$$)を中心に45度回転しており、斜めストライプ構造を反映していることが明らかになった。次のステップとして、われわれは、さらに低ホール濃度領域(0$$<$$x$$<$$0.02)における磁気相関を調べるために中性子散乱実験を行った。このホール濃度領域では、室温から温度を下げていくとまず反強磁性磁気秩序が起こる。さらに温度を下げていくと30K付近で磁気秩序領域の一部が斜めストライプ相関を持つクラスタースピングラス相に置き換わることが明らかになった。非整合度$$varepsilon$$の値からスピングラス領域のホール濃度を見積もると0$$<$$x$$<$$0.02の領域でほぼ2%であった。また、散乱強度からスピングラス領域の大きさ(体積分率)を見積もるとxが0から0.02に増加する際に体積分率が0から1にほぼ比例して変化することがわかった。これらの結果を総合して考えると、La$$_{2-x}$$Sr$$_{x}$$CuO$$_{4}$$(0$$<$$x$$<$$0.02)では30K以下でホール濃度が~0%の領域と~2%の領域に相分離し、ホール濃度の増加とともに2%の領域が増大すると考えられる。

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