The Murata Science Foundation 角度分解光電子分光による鉄系超伝導体の軌道秩序の観測 Orbital Ordering in Iron-Based Superconductors Observed by Angle-Resolved Photoemission Spectroscopy H26海自21 派遣先 EMN 夏季会議（メキシコ・カンクン） 期 間 平成26年6月8日～平成26年6月12日（5日間） 申請者 東京大学 大学院工学系研究科 助教 下 志 万 貴 博 態の理解が不可欠である。上記の3種の相転移 海外における研究活動状況 は、伝導面内における4回対称性を破り、2回 対称性をもたらす共通点をもつ。近年、BaFe 2 研究目的 角度分解光電子分光による鉄系超伝導体の （As1-x P x）2 系における磁性と格子の回転対称性 軌道秩序の観測に関して講演を行い、海外研 の破れは、磁気・構造相転移以上の高温領域 究者らと議論を行う。 まで残存することが、磁気トルク測定、X線回 折から指摘されている。電子ネマティック状態 海外における研究活動報告 と呼ばれるこのような電子系の振る舞いは超伝 1．研究背景 導相を覆う広い領域において観測されている。 鉄系超伝導体は銅酸化物に次ぐ第2の高温 これまでに申請者は角度分解光電子分光測定 超伝導体として超伝導機構解明に向けた精力 により、電子ネマティック領域近傍における擬 的な研究が行われている。銅酸化物では格子 ギャップ形成を報告した。擬ギャップと電子 と磁性の自由度が重要であったが、鉄系物質 ネマティック状態の共存は銅酸化物においても ではさらに軌道という新しい自由度が加わる。 見いだされており、高温超伝導体に共通した異 これら3つの自由度は母物質において構造相転 常な常伝導電子状態として注目を集めている。 移、磁気秩序および軌道秩序を生じる。特に 軌道秩序はxz/yz軌道バンドにおける非等価な 2．講演内容 エネルギーシフトとして定義され、角度分解光 申請者は、このような異常な常伝導状態にお 電子分光及びX線吸収の線二色性により様々 ける軌道自由度の役割を調べるために、角度分 な鉄系超伝導体において存在が確認された。 解光電子分光による軌道秩序の観測を行った。 これらの秩序状態は、元素置換に伴ってスピ その結果、等原子価ドープ系B a F e（A s , P）2 2 ン揺らぎあるいは軌道揺らぎとして非従来型超 において、ネマティック状態及び擬ギャップが 伝導ペアリングに寄与する可能性が理論的に 生じるような高温領域から軌道秩序が発達す 指摘されており注目を集めている。 る様子を観測した。これは電子相図において このような新奇な超伝導機構を理解するため 軌道秩序が構造相転移や磁気秩序と異なる組 には3つの自由度が複雑に絡み合った常伝導状 成依存性を示すことを示唆している。これらの ─ 409 ─ Annual Report No.29 2015 結果から、電子相図において軌道自由度を他 た軌道秩序が動的なものである可能性について の2自由度から分離することが可能であること 質問を受けた。角度分解光電子分光は10 -15 秒 が示唆される。さらに軌道秩序は過剰ドープ 程度の時間スケールにおける電子状態のスナッ 領域まで観測され、超伝導消失と共に完全に プショットを積算する測定手法なので、大抵 抑制されることが見出された。これは軌道秩序 の揺らぎは止まって見えることが予想される。 がもたらす電子構造の二回対称性が超伝導発 従って本研究にて観測された軌道秩序は動的 現に有利に働くことを示唆している。 なものも含んでいる可能性があると言える。ま 比較対象として反強磁性秩序を示さず構 た申請者と同様にFeSeの角度分解光電子分光 造相転移のみが観測されるFeSeにおいても同 を行っている講演者がいたので議論を行った。 様に軌道秩序形成の有無を調べた。その結 我々と彼らのデータはよく似ていたが、彼らは 果、構造相転移と同時にエネルギースケール それを軌道秩序ではなくkz 値の異なる電子状態 50meVの軌道秩序が形成されることを見出し を重ね合わせて観測したという解釈を採ってい た。このエネルギースケールは斜方晶構造を た。今後、彼らは温度依存性を詳細に測定し、 取り込んだ第一原理計算から予想されるものよ 我々は異なるkzにおけるxz/yz軌道バンドの観 り5倍以上大きいため、電子系を起源とする軌 測を行うことで、FeSeの電子状態についてより 道秩序形成であると結論される。本講演では、 理解を深め合うことに合意した。これらの議論 BaFe（As,P） 2 2 及びFeSeを対象とした角度分解 は今後の研究の方向性を決定する上で有意義 光電子分光から決定された軌道秩序相につい であった。 て紹介し、軌道自由度が高温超伝導機発現に この派遣の研究成果等を発表した 与える寄与について議論した。 著書、論文、報告書の書名・講演題目 “Lifting of xz/yz orbital degeneracy at the structural 3．活動報告 transition in detwinned FeSe” 講演後の議論において、本研究で観測され T. Shimojima et al., Phys. Rev. B 90, 121111（2014） ─ 410 ─
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