Magneto-optical Kerr effect study on chiral superconductivity formed by nematic electron liquid crystals
Publicly Offered Research
| Project Area | Physical Properties of Quantum Liquid Crystals |
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| Project/Area Number |
22H04473
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research on Innovative Areas (Research in a proposed research area)
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| Allocation Type | Single-year Grants |
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| Review Section |
Science and Engineering
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| Research Institution | Kyoto University |
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Principal Investigator |
米澤 進吾 京都大学, 工学研究科, 教授 (30523584)
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| Project Period (FY) |
2022-04-01 – 2024-03-31
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| Project Status |
Completed (Fiscal Year 2023)
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| Budget Amount *help |
¥5,720,000 (Direct Cost: ¥4,400,000、Indirect Cost: ¥1,320,000)
Fiscal Year 2023: ¥2,860,000 (Direct Cost: ¥2,200,000、Indirect Cost: ¥660,000)
Fiscal Year 2022: ¥2,860,000 (Direct Cost: ¥2,200,000、Indirect Cost: ¥660,000)
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| Keywords | 磁気光学カー効果 / カイラル超伝導 / 時間反転対称性の破れ / 回転対称性の破れ / 電子ネマティック状態 / 量子液晶 / 鉄系超電導 / ボゴロンフェルミ面 / 鉄セレン超伝導体 / カゴメ格子金属 / ウルトラノーダル超伝導 / ボゴリウボフ準粒子フェルミ面 / ネマティック電子流体 / ボゴリウボフフェルミ面 |
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| Outline of Research at the Start |
時間反転対称性の破れとは「仮想的に時間を逆回しにしたときに違った状態に見える」ことであり、強磁性など自発磁化が生じている状態に対応する。硫黄を添加したFeSe系では、時間反転対称性の破れを伴う「ウルトラノーダル」超伝導という非常に珍しい超伝導が実現していると考えられており、それが電子液晶によって形成されていると考えられている。本研究では超伝導の時間反転対称性破れを実験室レベルで確認できる唯一の方法である超高分解能磁気的カー効果測定を用いて、硫黄添加FeSe系における超伝導の時間反転対称性の破れと電子液晶が持つ回転対称性の破れの関係性を明らかにする。
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究課題では、電子液晶が形成する新奇な超伝導状態における時間反転対称性の破れを、磁気光学カー効果を利用して超高感度に測定することを目指している。他にも、前期公募研究に引き続き、量子液晶のもつ典型的性質である空間回転対称性の破れ（ネマティシティー）を検出・制御する研究も継続した。
まず本年度は代表者の異動に伴い研究装置をすべて移転し、新たな研究室を立ち上げる作業を行った。移転作業は4-6月にかけて行い、実験を再び行える体制を整えた。
そのうえで、本年度はカゴメ格子を持つ金属CsV3Sb5に対して行ってきた高感度磁気光学カー効果の研究を継続した。この物質は94Kで電荷秩序、3Kで超伝導を示すが、我々は電荷秩序相において時間反転対称性が破れていることを示す結果を得た。しかし、他グループから異なる実験結果も報告されたため、本年度は研究結果の吟味を行ってきた。時間反転対称性を破る自発的カー効果の再現を取るとともに、試料依存性も測定した。それらの結果、非常に質のいい試料のみで自発的カー効果が出ることがわかった。本結果について論文を投稿する予定である。カー効果に関しては、他に走査型装置の開発や磁場中での測定に向けた技術開発なども行った。
ほかに、CsV3Sb5に関しては、磁場方向制御下での比熱測定から求めた上部臨界磁場が非自明な6回振動と2回振動を示すことを明らかにし、「創発回転対称性」を破った多成分超伝導秩序変数の実現を示した。レフェリーレポートへの回答に長い時間を要したが、2024年4月にNature Communications誌で出版された。
また、強磁性体URhGeにおけるFiber Bragg grating法を用いた異方的磁歪の研究によって、強磁性体におけるピエゾ磁気効果を初めて観測した。この結果は現在論文を投稿中である。
他に超伝導ダイオード効果などの共同研究の論文を出版した。
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| Research Progress Status |
令和5年度が最終年度であるため、記入しない。
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| Strategy for Future Research Activity |
令和5年度が最終年度であるため、記入しない。
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Report
(2 results)
Research Products
(63 results)
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[Presentation] カゴメ金属CsV3Sb5におけるCDW状態の時間反転対称性の検討2023
Author(s)
山根聡一郎, Yajian Hu, Giordano Mattoni, 小畑慶人, 矢田歌菜絵, Yongkai Li, Yugui Yao, Zhiwei Wang, Donghan Kim, Changyoung Kim, Jingyuan Wang, Camron Farhang, Jin Xia, 前野悦輝, 米澤進吾
Organizer
日本物理学会 第78回年次大会（2023年）
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[Presentation] Time-reversal symmetry breaking induced by chiral charge order in CsV3Sb52023
Author(s)
Soichiro Yamane, Yajian Hu, Giordano Mattoni, Keito Obata, Kanae Yada, Yongkai Li, Yugui Yao, Zhiwei Wang, Donghan Kim, Changyoung Kim, Jingyuan Wang, Camron Farhang, Jing Xia, Yoshiteru Maeno, Shingo Yonezawa
Organizer
MRM2023/IUMRS-ICA2023
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Int'l Joint Research
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[Presentation] High resolution Kerr-effect study for detecting time-reversal symmetry breaking in unconventional ordered states2022
Author(s)
S. Yamane, Y. Hu, G. Mattoni, Y. Li, Y. Yao, Z. Wang, J. Wang, C. Farhang, J. Xia, S. Yonezawa, Y. Maeno
Organizer
The 29th International Conference on Low Temperature Physics (LT29)
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Int'l Joint Research
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[Presentation] Polar Kerr effect study on the time-reversal symmetry-breaking charge density wave in the Kagome superconductor CsV3Sb52022
Author(s)
Yajian Hu, Soichiro Yamane, Giordano Mattoni, Keito Obata, Yongkai Li, Yugui Yao, Zhiwei Wang, Jingyuan Wang, Camron Farhang, Jing Xia, Shingo Yonezawa, Yoshiteru Maeno
Organizer
The 29th International Conference on Low Temperature Physics (LT29)
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Int'l Joint Research
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[Presentation] Polar Kerr effect study on the time-reversal symmetry-breaking in the charge density wave of CsV3Sb2022
Author(s)
Yajian Hu, Soichiro Yamane, Giordano Mattoni, Keito Obata, Yongkai Li, Yugui Yao, Zhiwei Wang, Jingyuan Wang, Camron Farhang, Jing Xia, Shingo Yonezawa, Yoshiteru Maeno
Organizer
OSS2022 "Oxide Superconducting Spintronics Workshop 2022"
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Int'l Joint Research / Invited
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[Presentation] Developments of magneto-optic Kerr-effect measurement techniques for detecting time-reversal symmetry breaking2022
Author(s)
S. Yamane, Y. Hu, G. Mattoni, Y. Li, Y. Yao, Z. Wang, J. Wang, C. Farhang, J. Xia, S. Yonezawa, Y. Maeno
Organizer
OSS2022 "Oxide Superconducting Spintronics Workshop 2022"
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Int'l Joint Research
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[Presentation] 磁気光学Kerr効果測定によるカゴメ金属CsV3Sb5の時間反転対称性の破れの検出2022
Author(s)
山根聡一郎, Yajian Hu, 木村直博, 小畑慶人, Giordano Mattoni, Yongkai Li, Yugui Yao, Zhiwei Wang, Jingyuan Wang, Camron Farhang, Jin Xia, 前野悦輝, 米澤進吾
Organizer
日本物理学会2022年秋季大会
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[Presentation] Superconductivity in CaSb2, line-nodal metal with a nonsymmorphic structure2022
Author(s)
A. Ikeda, M. Kawaguchi, S. Koibuchi, S. R. Saha, D. Graf, P. Saraf, D. S. Sokratov, Y. Hu, H. Takahashi, S. Yamane, A. Jayaraj, J. Slawinska, M. B. Nardelli, T. Hashimoto, T. Kawakami, S. Yonezawa, M. Sato, Y. Maeno, J. Paglione
Organizer
The 29th International Conference on Low Temperature Physics (LT29)
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