回転対称性の制御による時間反転対称性の破れた超伝導体の研究

• Project/Area Number: 22K20349
• Research Category: Grant-in-Aid for Research Activity Start-up
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Review Section: 0202:Condensed matter physics, plasma science, nuclear engineering, earth resources engineering, energy engineering, and related fields
• Research Institution: The University of Tokyo
• Principal Investigator: 石原 滉大 東京大学, 大学院新領域創成科学研究科, 助教 (00961690)
• Project Period (FY): 2022-08-31 – 2024-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2023)
• Budget Amount: ¥2,860,000 (Direct Cost: ¥2,200,000、Indirect Cost: ¥660,000); Fiscal Year 2023: ¥1,430,000 (Direct Cost: ¥1,100,000、Indirect Cost: ¥330,000); Fiscal Year 2022: ¥1,430,000 (Direct Cost: ¥1,100,000、Indirect Cost: ¥330,000)
• Keywords: 時間反転対称性 / カイラル超伝導 / ボゴリューボフフェルミ面 / カゴメ超伝導体 / 磁場侵入長 / 一軸歪み / 超伝導 / 時間反転対称性の破れ / 磁場侵入長測定

Outline of Research at the Start

時間反転対称性の破れた超伝導体は長年注目を集めている一方で、時間反転対称性の検出手法は限られており、その多角的な検証はほとんど行われてこなかった。本研究では、一軸歪みを用いて結晶の回転対称性を制御することにより、時間反転対称性の破れに関わる縮退した複数の超伝導秩序変数の検出を試みる。さらに、一軸歪み下での超伝導準粒子励起の精密測定により、それぞれの超伝導秩序変数の対称性を決定する。

Outline of Annual Research Achievements

本研究では、時間反転対称性の破れた超伝導状態が期待されている様々な物質に対して、超伝導ギャップ対称性の観点から超伝導状態の解明を試みた。
ウラン系超伝導体UTe2に対して磁場侵入長測定を行ったところ、磁場の方向に依らず常に磁場侵入長が温度の二乗に従う振る舞いを示し、この結果からポイントノードが対称性の高い軸方向から離れた位置に存在するカイラル超伝導状態が実現していることを明らかにした。また、UTe2の超純良単結晶に対して精密な下部臨界磁場測定を行った結果、上部臨界磁場から熱力学的に期待される値よりも大きく上昇していることを明らかにした。この結果は量子臨界的な磁気揺らぎと関係している可能性があるものの、より詳細なメカニズムの解明は今後の課題である。
カゴメ超伝導体AV3Sb5に対しても磁場侵入長測定を行ったところ、A=Csの試料では符号反転の無い異方的s波超伝導状態が実現していることを明らかにした。また、A=K,Rbの試料の超伝導ギャップ構造も調べたところ、A=Csの試料よりも超伝導ギャップは等方的になっており、さらに非磁性不純物を導入することにより超伝導転移温度が二倍以上に上昇することも見出した。これらの結果はカゴメ超伝導体におけるCDWの構造と超伝導状態が強く関係していることを示唆している。
鉄系超伝導体FeSe1-xSxに対してミューオンスピン回転法の測定を行ったところ、広い範囲のxで時間反転対称性の破れた超伝導状態が実現していることを明らかにした。また、正方晶FeSe1-xSxに対してギャップ構造とその不純物効果を調べたところ、ボゴリューボフフェルミ面が結晶の対称性に守られておらず、偶発的に表れていることを明らかにした。また、一軸歪みを印加することにより、正方晶FeSe1-xSxの超伝導転移温度が大きく変化することも明らかにした。

Research Products

• [Int'l Joint Research] Ecole Polytechnique(フランス)
• [Int'l Joint Research] University of California Santa Barbara/Columbia University(米国)
• [Int'l Joint Research] University of British Columbia/TRIUMF/McMaster University,(カナダ)
• [Int'l Joint Research] Zhejiang University/Chinese Academy of Sciences(中国)
• [Int'l Joint Research] Ecole Polytechnique(フランス)
• [Int'l Joint Research] University of California Santa Barbara(米国)
• [Journal Article] Bulk evidence of anisotropic s-wave pairing with no sign change in the kagome superconductor CsV3Sb5 (2023)
  • Author(s): Roppongi M.、Ishihara K.、Tanaka Y.、Ogawa K.、Okada K.、Liu S.、Mukasa K.、Mizukami Y.、Uwatoko Y.、Grasset R.、Konczykowski M.、Ortiz B. R.、Wilson S. D.、Hashimoto K.、Shibauchi T.
  • Journal Title: Nature Communications Volume: 14 Issue: 1 Pages: 667-667
  • DOI: 10.1038/s41467-023-36273-x
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Anisotropic enhancement of lower critical field in ultraclean crystals of spin-triplet superconductor candidate UTe2 (2023)
  • Author(s): K. Ishihara, M. Kobayashi, K. Imamura, M. Konczykowski, H. Sakai, P. Opletal, Y. Tokiwa, Y. Haga, K. Hashimoto, and T. Shibauchi
  • Journal Title: Phys. Rev. Res. Volume: 5 Issue: 2 Pages: 022002-022002
  • DOI: 10.1103/physrevresearch.5.l022002
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Two superconducting states with broken time-reversal symmetry in FeSe1-xSx (2023)
  • Author(s): K. Matsuura, M. Roppongi, .... et al (他26名)
  • Journal Title: Proceedings of the National Academy of Sciences Volume: 120 Issue: 21 Pages: 1-6
  • DOI: 10.1073/pnas.2208276120
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Chiral superconductivity in UTe2 probed by anisotropic low-energy excitations (2023)
  • Author(s): Ishihara Kota、Roppongi Masaki、Kobayashi Masayuki、Imamura Kumpei、Mizukami Yuta、Sakai Hironori、Opletal Petr、Tokiwa Yoshifumi、Haga Yoshinori、Hashimoto Kenichiro、Shibauchi Takasada
  • Journal Title: Nature Communications Volume: 14 Issue: 1 Pages: 1-7
  • DOI: 10.1038/s41467-023-38688-y
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Presentation] Superconducting gap structure of AV3Sb5 (A=K, Rb) probed by magnetic penetration depth measurements (2024)
  • Author(s): Kota Ishihara, Takuya Nagashima, Masaki Roppongi, Kumpei Imamura, Romain Grasset, Marcin Konczykowski, Brenden R Ortiz, Andrea C Salinas, Stephen D Wilson, Kenichiro Hashimoto, Takasada Shibauchi
  • Organizer: APS March Meeting 2024
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Physcial properties of high-quality single crystals of the Kitaev spin liquid candidate α-RuCl3 grown by the sublimation method (2024)
  • Author(s): Ryuichi Namba, Kumpei Imamura, Ying Xing, Yuichi Kasahara, Yuji Matsuda, Kota Ishihara, Kenichiro Hashimoto, Takasada Shibauchi
  • Organizer: APS March Meeting 2024
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Presence/absence of thermal conductivity oscillations and quantized thermal Hall effect in ultra-clean crystals of Kitaev magnet α-RuCl3 (2024)
  • Author(s): Yuichi Kasahara, Ying Xing, Shota Suetsugu, Tomoya Asaba, Yuhki Kohsaka, Ryuichi Namba, Kumpei Imamura, Kota Ishihara, Kenichiro Hashimoto, Takasada Shibauchi, Yuji Matsuda
  • Organizer: APS March Meeting 2024
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Study on nematic superconductivity in tetragonal Fe(Se, S) using magnetic torque measurements (2024)
  • Author(s): Reona Kondo, Kota Ishihara, Kohei Matsuura, Supeng Liu, Yuta Mizukami, Kenichiro Hashimoto, Takasada Shibauchi
  • Organizer: APS March Meeting 2024
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] 磁気トルク測定を用いた正方晶Fe(Se,S) におけるネマティック超伝導状態の検証 (2024)
  • Author(s): 近藤玲央名, 石原滉大, 松浦康平, 劉蘇鵬, 水上雄太, 橋本顕一郎, 芝内孝禎
  • Organizer: 日本物理学会2024年春季大会
• [Presentation] 磁場侵入長測定によるAV3Sb5(A=K, Rb)の超伝導ギャップ対称性の研究 (2024)
  • Author(s): 永島拓也, 石原滉大, 六本木雅生, Romain Grasset, Marcin Koczykowski, Brenden R. Ortiz, Stephen D. Wilson, 橋本顕一郎, 芝内孝禎
  • Organizer: 日本物理学会2024年春季大会
• [Presentation] Superconducting gap structure and anomalous lower critical field in UTe2 (2023)
  • Author(s): Kota Ishihara
  • Organizer: Superstripes 2023
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] UTe2における超伝導ギャップ構造とカイラル超伝導状態 (2023)
  • Author(s): 石原滉大
  • Organizer: 日本物理学会第78回年次大会
  • Invited
• [Presentation] キタエフスピン液体候補物質α-RuCl3のsublimation法による単結晶試料合成と特性評価 (2023)
  • Author(s): 難波隆一, 今村薫平, 池内萌, 出倉駿, 森初果, 宮本辰也, 岡本博, 村山陽奈子, 笠原裕一, 松田祐司, 石原滉大, 橋本顕一郎, 芝内孝禎
  • Organizer: 日本物理学会2023年度春季大会
• [Presentation] 磁場角度分解抵抗測定を用いた正方晶Fe(Se,S)におけるネマティック超伝導状態の検証 (2023)
  • Author(s): 近藤玲央名, 石原滉大, 松浦康平, 水上雄太, 橋本顕一郎, 芝内孝禎
  • Organizer: 日本物理学会2023年度春季大会
• [Presentation] ミュオンスピン回転法を用いたFeSe1-xTexにおける時間反転対称性の破れの検証 (2023)
  • Author(s): 小河弘樹, 六本木雅生, Yipeng Cai, Guoqiang Zhao, Mohamed Oudah, Supeng Liu, 今村薫平, Marta-Villa de Toro Sanchez, Cyrus Young, Jinsong Zhang, Igor Markovic, 渡辺孝夫, 藤井武則, 松浦康平, 石原滉大, 橋本顕一郎, Douglas A. Bonn, 小嶋健児, 植村泰朋, 芝内孝禎
  • Organizer: 日本物理学会2023年度春季大会
• [Presentation] 不純物効果を用いたFe(Se,S)の超伝導ギャップ構造の研究 (2023)
  • Author(s): 永島拓也, 石原滉大, 小林雅之, 六本木雅生, 松浦康平, 水上雄太, Romain Grasset, Marcin Konczykowski, 橋本顕一郎, 芝内孝禎
  • Organizer: 日本物理学会2023年度春季大会
• [Presentation] AV3Sb5(A = K, Rb)の超伝導ギャップ対称性の研究 (2023)
  • Author(s): 永島拓也, 石原滉大, 六本木雅生, 今村薫平, Romain Grasset, Marcin Koczykowski, Brenden R. Ortiz, Andrea C. Salinas, Stephen D. Wilson, 橋本顕一郎, 芝内孝禎
  • Organizer: 日本物理学会第78回年次大会
• [Presentation] キタエフ量子スピン液体候補物質Na2Co2TeO6における比熱の磁場角度依存性 (2023)
  • Author(s): 房センジェ, 今村薫平, 難波隆一, 水上雄太, 石原滉大, 橋本顕一郎, 芝内孝禎
  • Organizer: 日本物理学会第78回年次大会
• [Presentation] sublimation法によるキタエフ候補物質α-RuCl3の純良単結晶試料合成と精密比熱測定 (2023)
  • Author(s): 難波隆一, 今村薫平, 笠原裕一, 松田祐司, 石原滉大, 橋本顕一郎, 芝内孝禎
  • Organizer: 日本物理学会第78回年次大会
• [Presentation] キタエフ物質α-RuCl3の磁気相における極低温磁場角度分解比熱測定 (2023)
  • Author(s): 今村薫平, 池内萌, 難波隆一, 石原滉大, 橋本顕一郎, 栗田伸之, 田中秀数, 松田祐司, E.-G. Moon, 芝内孝禎
  • Organizer: 日本物理学会第78回年次大会
• [Presentation] NbSe2ミスフィット積層カルコゲナイドにおける積層構造と超伝導 (2023)
  • Author(s): 小林夏野, 有岡幸一郎, 野原大和, 板橋勇輝, 岩佐義宏, 今村薫平, 石原滉大, 芝内孝禎
  • Organizer: 日本物理学会第78回年次大会
• [Presentation] キタエフスピン液体候補物質α-RuCl3のsublimation法による単結晶試料合成と特性評価 (2023)
  • Author(s): 難波隆一, 今村薫平, 池内萌, 出倉駿, 森初果, 宮本辰也, 岡本博, 村山陽奈子, 笠原裕一, 松田祐司, 石原滉大, 橋本顕一郎, 芝内孝禎
  • Organizer: 日本物理学会
• [Presentation] 磁場角度分解抵抗測定を用いた正方晶Fe(Se,S)におけるネマティック超伝導状態の検証 (2023)
  • Author(s): 近藤玲央名, 石原滉大, 松浦康平, 水上雄太, 橋本顕一郎, 芝内孝禎
  • Organizer: 日本物理学会
• [Presentation] ミュオンスピン回転法を用いたFeSe1-xTexにおける時間反転対称性の破れの検証 (2023)
  • Author(s): 小河弘樹, 六本木雅生, Yipeng Cai, Guoqiang Zhao, Mohamed Oudah, Supeng Liu, 今村薫平, Marta-Villa de Toro Sanchez, C, Cyrus Young, Jinsong Zhang, Igor Markovic, 渡辺孝夫, 藤井武則, 松浦康平, 石原滉大, 橋本顕一郎, Douglas A. Bonn, 小嶋健児, 植村泰朋, 芝内孝禎
  • Organizer: 日本物理学会
• [Presentation] 不純物効果を用いたFe(Se,S)の超伝導ギャップ構造の研究 (2023)
  • Author(s): 永島拓也, 石原滉大, 小林雅之, 六本木雅生, 松浦康平, 水上雄太, Romain Grasset, Marcin Konczykowski, 橋本顕一郎, 芝内孝禎
  • Organizer: 日本物理学会
• [Presentation] Superconducting gap structure and impurity effect in tetragonal FeSe1-xSx (2023)
  • Author(s): Kota Ishihara, Masayuki Kobayashi, Masaki Roppongi, Kohei Matsuura, Yuta Mizukami, Marcin Konczykowski, Kenichiro Hashimoto, Takasada Shibauchi
  • Organizer: APS March Meeting
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Probing time-reversal symmetry breaking in FeSe1-xTex superconductors by muon spin relaxation (2023)
  • Author(s): Masaki Roppongi, Koki Ogawa, Yipeng Cai, Guoqiang Zhao, Mohamed Oudah, Supeng Liu, Marta-Villa De Toro Sanchez, Cyrus Young, Jinsong Zhang, Igor Markovic, Takao Watanabe, Takenori Fujii, Kohei Matsuura, Kota Ishihara, Kenichiro Hashimoto, Douglas A Bonn, Kenji M Kojima, Yasutomo J Uemura, Takasada Shibauchi
  • Organizer: APS March Meeting
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Study of magnetotransport properties in the novel kagome superconductor CsV3Sb5 (2023)
  • Author(s): Supeng Liu, Masaki Roppongi, Kota Ishihara, Brenden Ortiz, Stephen D Wilson, Romain Grasset, Marcin Konczykowski, Kenichiro Hashimoto, Takasada Shibauchi
  • Organizer: APS March Meeting
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Field dependent specific heat measurements of the Kitaev quantum spin liquid candidate Na2Co2TeO6 (2023)
  • Author(s): Shengjie fang, Kumpei Imamura, Ryuichi Namba, Kota Ishihara, Yuta Mizukami, Kenichiro Hashimoto, Takasada Shibauchi
  • Organizer: APS March Meeting
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Nematic susceptibility in the kagome superconductor CsV3Sb5 (2023)
  • Author(s): Kenichiro Hashimoto, Asato Onishi, Yoichi Kageyama, Masaki Roppongi, Kota Ishihara, Brenden Ortiz, Stephen D Wilson, Takasada Shibauchi
  • Organizer: APS March Meeting
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Superconducting gap structure and chiral superconductivity in UTe2 (2022)
  • Author(s): Kota Ishihara
  • Organizer: GIMRT, REIMEI and IRN Aperiodic joint international workshop
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] カゴメ格子系超伝導体CsV3Sb5における超伝導対称性 (2022)
  • Author(s): 六本木雅生, 石原滉大, 田中優之介, 小河弘樹, 岡田昂, 劉蘇鵬, 向笠清隆, 水上雄太, 上床美也, R. Grasset, M. Konczykowski, Brenden R. Ortiz, Stephen D. Wilson, 橋本顕一郎, 芝内孝禎
  • Organizer: 日本物理学会
• [Presentation] Kitaev候補物質Na2Co2TeO6における磁場中比熱の角度依存性 (2022)
  • Author(s): 房センジェー, 水上雄太, 今村薫平, 難波隆一, 石原滉大, 橋本顕一郎, 芝内孝禎
  • Organizer: 日本物理学会
• [Presentation] Fe(Se,S)における不純物効果と超伝導ギャップ構造 (2022)
  • Author(s): 石原滉大, 小林雅之, 六本木雅生, 松浦康平, 水上雄太, M. Konczykowski, 橋本顕一郎, 芝内孝禎
  • Organizer: 日本物理学会