Study on Superconductivity and Impurity Effects of Bismuth Sulfide Superconductors LaO1-xFxBi1-ySbyS2

• Material Type: 博士論文
• Title: Study on Superconductivity and Impurity Effects of Bismuth Sulfide Superconductors LaO1-xFxBi1-ySbyS2
• Author/Editor: WANG, Ying
• Author Heading: WANG, Ying
• Publication Date: 2020-09-24
• Publication Date (W3CDTF): 2020-09-24
• Alternative Title: 硫化ビスマス超伝導体LaO1-xFxBi1-ySbyS2における不純物効果と超伝導に関する研究
• Degree grantor/type: 室蘭工業大学
• Date Granted: 2020-09-24
• Date Granted (W3CDTF): 2020-09-24
• Dissertation Number: 甲第459号
• Degree Type: 博士（工学）
• Conferring No. (Dissertation): 甲第459号
• Text Language Code: eng
• Alias of Author: ワン, イン
• NDC: 428
• Target Audience: 一般
• Note (General): application/pdf; 近年、様々な新しい層状超伝導体（SC）が発見され、注目されている。 その一つに、2012年に発見された超伝導転移温度Tc = 8.6 Kの層状化合物Bi4O4S3がある。この系は様々なバリエーションがあり、高圧下では、10KのTcを持つ（Eu、Sr）3F4Bi2S4が合成された。また、酸素のフッ素置換により、Tc = 2–10 KのLnO1-xFxBiS2（Ln = La、Ce、Pr、Nd、Yb）化合物も見つかった。さらに、SをSeに置き換えたLaO1-xFxBiCh2（Ch = S、Se）も超伝導を示すことが報告された。ドープされたSeは、LaO1-xFxBiCh2（Ch = S、Se）の面内Sサイトを優先的に占有し、最大Tc = 4 Kとなる。これらの化合物は、伝導を担うBiS2層とBiS2層に電子を供給するブロッキング層（LaO / F）が交互に積層した特徴的な構造を有する。この層状結晶構造は、興味深いことに、高温（高Tc）銅酸化物およびFeベースの超伝導体と類似している。BiS2超伝導体の超伝導のメカニズムは未だ不明のままであり、銅酸化物やFe系超伝導体とは異なるメカニズムと考えられている。超伝導発現メカニズムの起源を反映するものとして、超伝導ギャップの対称性がある。LaおよびNdベースのBiS2超伝導体における磁気侵入長と熱伝導率の測定からs波超伝導ギャップが報告されている。一方、磁場侵入長測定(TF-μSR)からSCギャップは異方的なs波と、s++波で実験結果を良く表すことができると報告されている。そして角度分解光電子分光（ARPES）実験からは、超伝導ギャップの大きな異方性が報告され、超伝導ギャップにノードが存在する可能性が示唆されている。また、トンネル分光実験からは、超伝導ギャップの対称性が従来とは異なるものであることが報告されている。このように、BiS2系超伝導体の超伝導ギャップの対称性についてはまだ議論がつづいており、その解明はこの系の超伝導発現メカニズムを解明する上で急務となっている。BiS2系超伝導体の中でも、特にLaO1-xFxBiS2化合物は系統的にキャリア数を変化させることができることから、これまで集中的に研究されてきた。本研究では、LaO1-xFxBiS2超伝導体の超伝導ギャップ対称性と超伝導性を明らかにする目的で、XRD、比熱、電気抵抗率、磁化率測定を通じて、層状超伝導体LaO1-xFxBi1-ySbyS2に対するSb置換の影響を調べた。LaO1-xFxBiS2（x = 0.5、0.4）およびLaO0.5F0.5Bi1-ySbyS2（y = 0–0.20）の単結晶試料は、大気圧下でフラックス法により作製された。得られたLaO1-xFxBiS2（x = 0.5、0.4）単結晶はどれもバルクの超伝導性を示し、そのTcはx = 0.5で約2.5 K、x = 0.4ではわずかに抑制され、約2.4 Kであった。LaO1-xFxBiS2（x = 0.5）の電子比熱Ceは、異方的な単一ギャップまたは2ギャップのs波超伝導によってよく理解できるものであった。x = 0.4の場合、特に2ギャップ効果が顕著であった。また、非磁性不純物としてSbを添加したLaO0.5F0.5Bi1-ySbyS2では、T << TcでのCe/Tが少量のSb置換によってほとんど回復しなかった。この結果はLaO1-xFxBiS2の超伝導がs-波であることを意味する。さらに、比熱の温度依存性、電気抵抗率、磁化率測定から決めたTcはSbドーピングによって抑制されるが、これはSb不純物による対破壊効果というよりは、キャリアの弱局在によって電子相関が強まったためと考えられる。以上の結果より、LaO1-xFxBiS2の超伝導はフルギャップのs波超伝導であると結論した。; Recently, significant discoveries have been made in the use of layered materials in novel superconducting (SC) materials. In 2012, superconductivity was discovered in the layered compound Bi4O4S3 with SC transition temperature Tc = 8.6 K. Later, (Eu, Sr)3F4Bi2S4 was synthesized under high pressure with Tc = 10 K. Superconductivity was also discovered in LnO1-xFxBiS2 (Ln = La, Ce, Pr, Nd, Yb) compounds with Tc = 2–10 K through fluorine substitution for oxygen. Further, S can be substituted by Se, and the doped Se preferentially occupies the in-plane S site in LaO1-xFxBiCh2 (Ch = S, Se) with maximum Tc = 4 K. In particular, the superconductivity of LaO1-xFxBiS2 compounds has been studied intensively. These compounds have a characteristic structure with an alternate stacking of SC BiS2 layers and blocking layers (LaO/F) that supply electrons to the BiS2 layers. The layered crystal structure is analogous to those of high-temperature (high-Tc) cuprate and Fe-based superconductors. However, the mechanism underlying the superconductivity of BiS2 superconductors, which still remains unclear, is considered to be different from those of cuprate and Fe-based superconductors. The symmetry of the SC gap is well known to reflect the origin of the SC mechanism. Magnetic penetration depth measurements and thermal conductivity measurements for La- and Nd-based BiS2 superconductors have shown a full gap with an s-wave. However, transverse-field muon spin relaxation (TF-μSR) measurements have proposed that the SC gap is well described by two-gap s + s-wave model and anisotropic s-wave model. Soon after that, angle-resolved photoemission spectroscopy (ARPES) measurements indicated a large SC gap anisotropy and suggested the existence of accidental nodes in nodal s-wave symmetry. Recently, point contact spectroscopy measurements have suggested that the gap symmetry is an unconventional pairing symmetry. Thus, the SC gap symmetry of BiS2-based superconductors remains controversial. In this work, we investigated the SC gap symmetry and bulk nature of superconductivity in LaO1-xFxBiS2 superconductors, and the effect of Sb substitution on the layered superconductor LaO1-xFxBi1-ySbyS2 through XRD, specific heat, electrical resistivity, and magnetic susceptibility measurements. LaO1-xFxBiS2 (x = 0.5, 0.4) and LaO0.5F0.5Bi1-ySbyS2 (y = 0–0.20) were synthesized using the flux method under ambient pressure. LaO1-xFxBiS2 (x = 0.5, 0.4) show bulk nature of superconductivity, although Tc is slightly suppressed, and its transition is broad for x = 0.4. The electronic specific heat Ce of LaO1-xFxBiS2 (x = 0.5) below ~ Tc can be explained by s-wave superconductivity with either an anisotropic single gap or two gaps. The two-gap effect is more dominant for x = 0.4. The Ce/T at T<<Tc in LaO0.5F0.5Bi1-ySbyS2 below y = 0.06 is hardly recovered by Sb substitution, indicating that the superconductivity is robust against the pair-breaking due to non-magnetic impurities, as expected in the fully gapped s-wave superconductivity. Tc is suppressed by the Sb-doping in both the specific heat and the electrical resistivity and magnetic susceptibility measurements. The slight decrease in Tc in Sb-doped samples can be ascribed to the enhancement of electron correlations due to the weak localization of carriers. Based on these experimental results, we conclude that LaO1-xFxBiS2 compound shows a fully gapped s-wave superconductivity.\n
• DOI: 10.15118/00010339; https://doi.org/10.15118/00010339
• Persistent ID (NDL): info:ndljp/pid/11629894; https://dl.ndl.go.jp/pid/11629894
• Collection: 障害者向け資料
• Collection (Materials For Handicapped People:1): テキストデータ
• Collection (particular): 国立国会図書館デジタルコレクション > デジタル化資料 > 博士論文; https://dl.ndl.go.jp/collections/A00014
• Acquisition Basis: 博士論文（自動収集）
• Date Accepted (W3CDTF): 2021-01-30T08:56:55+09:00
• Date Created (W3CDTF): 2020-12-15
• Format (IMT): application/pdf
• Access Restrictions: 国立国会図書館内限定公開
• Service for the Digitized Contents Transmission Service: 図書館・個人送信対象外
• Availability of remote photoduplication service: 可
• Periodical Title (URI): http://dx.doi.org/10.15118/00010339; http://hdl.handle.net/10258/00010339; https://muroran-it.repo.nii.ac.jp/records/10398
• Data Provider (Database): 国立国会図書館 : 国立国会図書館デジタルコレクション; https://dl.ndl.go.jp

• Summary, etc.: 近年、様々な新しい層状超伝導体（SC）が発見され、注目されている。 その一つに、2012年に発見された超伝導転移温度Tc = 8.6 Kの層状化合物Bi4O4S3がある。この系は様々なバリエーションがあり、高圧下では、10KのTcを持つ（Eu、Sr）3F4Bi2S4が合成された。また、酸素のフッ素置...

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2023-12-05 再収集

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