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2017 Fiscal Year Annual Research Report

Exotic electronic state and quantum condensate in superconductors with ultra-shallow bands

Research Project

Project/Area Number 15H03688
Research InstitutionKyoto University

Principal Investigator

笠原 成  京都大学, 理学研究科, 助教 (10425556)

Project Period (FY) 2015-04-01 – 2018-03-31
Keywords鉄系超伝導 / 超シャロウバンド / BCS-BECクロスオーバー / 異方的超伝導 / ネマティシティ / 量子臨界点 / 超伝導ギャップ構造 / 準粒子励起
Outline of Annual Research Achievements

鉄系超伝導体FeSeのネマティック相においては、電子構造は非常に浅く小さなフェルミ面のみで構成される。一方、その超伝導ではBCS-BECクロスオーバー領域にあるような極めて強い電子対形成相互作用が働いており、また、超伝導ギャップ関数は非常に異方的で、純良単結晶を用いた実験では偶発ノードの存在が見出されている。しかしながら、このような極めて小さなフェルミ面において、なぜ非常に異方的で、かつBCS-BECクロスオーバー領域にあるような強い電子対形成相互作用が実現し得るのかは大きな謎であり、この起源を明らかにすることは、鉄系超伝導体の超伝導発現機構の解明に繋がる重要な鍵になると期待される。
本年度の研究では、FeSeにおける電子ネマティシティと異方的な電子対形成相互作用の関係を明らかにするために、Seを等原子価のSで置換したFeSe1-xSx系に着目し、熱伝導率、及び比熱を中心とした実験を継続的に行った。特に、ネマティック相から非ネマティック相に渡る広い組成範囲での準粒子励起の変化を系統的に調べ、ネマティック量子臨界点を挟んだ超伝導ギャップ構造の変化を詳細に調べた。その結果、ネマティック相では、電子対形成における軌道選択制が非常に重要であり、Feのd軌道の縮退が解けてネマティシティが僅かでも現れると超伝導ギャップ関数が非常に異方的になることが明らかになった。一方、ネマティック量子臨界点を越えた非ネマティック相の超伝導では、超伝導ギャップ関数がネマティック相のものとは大きく異なることが明らかになった。本結果は、この系の電子対形成において、ネマティック揺らぎの軌道依存性が大きな役割を果たしていることを示しており、非常に重要な結果である [Y. Sato et al., PNAS (2018)]。

Research Progress Status

29年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

29年度が最終年度であるため、記入しない。

  • Research Products

    (19 results)

All 2018 2017 Other

All Journal Article (7 results) (of which Int'l Joint Research: 4 results,  Peer Reviewed: 7 results,  Open Access: 2 results) Presentation (11 results) (of which Int'l Joint Research: 1 results,  Invited: 2 results) Remarks (1 results)

  • [Journal Article] Superconducting gap anisotropy sensitive to nematic domains in FeSe2018

    • Author(s)
      Hashimoto Takahiro、Ota Yuichi、Yamamoto Haruyoshi Q.、Suzuki Yuya、Shimojima Takahiro、Watanabe Shuntaro、Chen Chuangtian、Kasahara Shigeru、Matsuda Yuji、Shibauchi Takasada、Okazaki Kozo、Shin Shik
    • Journal Title

      Nature Commun.

      Volume: 9 Pages: 2

    • DOI

      doi:10.1038/s41467-017-02739-y

    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Abrupt change of the superconducting gap structure at the nematic critical point in FeSe1?xSx2018

    • Author(s)
      Sato Yuki、Kasahara Shigeru、Taniguchi Tomoya、Xing Xiangzhuo、Kasahara Yuichi、Tokiwa Yoshifumi、Yamakawa Youichi、Kontani Hiroshi、Shibauchi Takasada、Matsuda Yuji
    • Journal Title

      Proc. Natl. Acad. Sci. USA

      Volume: 115 Pages: 1227-1231

    • DOI

      https://doi.org/10.1073/pnas.1717331115

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] In Situ STM Observation of Nonmagnetic Impurity Effect in MBE-grown CeCoIn5 Films2018

    • Author(s)
      M. Haze, Y. Torii, R. Peters, S. Kasahara, Y. Kasahara, T. Shibauchi, T. Terashima, and Y. Matsuda
    • Journal Title

      J. Phys. Soc. Jpn.

      Volume: 87 Pages: 034702

    • DOI

      https://doi.org/10.7566/JPSJ.87.034702

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Impact of Disorder on the Superconducting Phase Diagram in BaFe2(As1-xPx)22017

    • Author(s)
      Y. Mizukami, M. Konczykowski, K. Matsuura, T. Watashige, S. Kasahara, Y. Matsuda, and T. Shibauchi
    • Journal Title

      J. Phys. Soc. Jpn.

      Volume: 86 Pages: 083706

    • DOI

      https://doi.org/10.7566/JPSJ.86.083706

    • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] Weakening of the diamagnetic shielding in FeSe1-xSx at high pressures2017

    • Author(s)
      K. Y. Yip, Y. C. Chan, Q. Niu, K. Matsuura, Y. Mizukami, S. Kasahara, Y. Matsuda, T. Shibauchi, and S. K. Goh
    • Journal Title

      Phys. Rev. B

      Volume: 96 Pages: 020502(R)

    • DOI

      https://doi.org/10.1103/PhysRevB.96.020502

    • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] Thermodynamic evidence for a nematic phase transition at the onset of the pseudogap in YBa2Cu3Oy2017

    • Author(s)
      Sato Y.、Kasahara S.、Murayama H.、Kasahara Y.、Moon E.-G.、Nishizaki T.、Loew T.、Porras J.、Keimer B.、Shibauchi T.、Matsuda Y.
    • Journal Title

      Nature Phys.

      Volume: 13 Pages: 1074-1078

    • DOI

      doi:10.1038/nphys4205

    • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] Maximizing Tc by tuning nematicity and magnetism in FeSe1-xSx superconductors2017

    • Author(s)
      Matsuura K.、Mizukami Y.、Arai Y.、Sugimura Y.、Maejima N.、Machida A.、Watanuki T.、Fukuda T.、Yajima T.、Hiroi Z.、Yip K. Y.、Chan Y. C.、Niu Q.、Hosoi S.、Ishida K.、Mukasa K.、Kasahara S.、Cheng J.-G.、Goh S. K.、Matsuda Y.、Uwatoko Y.、Shibauchi T.
    • Journal Title

      Nature Commun.

      Volume: 8 Pages: 1143

    • DOI

      DOI: 10.1038/s41467-017-01277-x

    • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
  • [Presentation] Abrupt Change of the Superconducting Gap Structure at the Nematic Quantum Critical Point in FeSe1-xSx2018

    • Author(s)
      Y. Sato, S. Kasahara, T. Taniguchi, X.Z. Xing, Y. Kasahara, Y. Tokiwa, Y. Yamakawa, H. Kontani, T. Shibauchi, Y. Matsuda
    • Organizer
      American Physical Society, March Meeting,
  • [Presentation] Two Distinct Superconducting Pairing States Divided by the Nematic End Point in FeSe1-xSx2018

    • Author(s)
      T. Hanaguri, K. Iwaya, Y. Kohsaka, T. Machida, T. Watashige, S. Kasahara, T. Shibauchi, Y. Matsuda
    • Organizer
      American Physical Society, March Meeting,
  • [Presentation] Quasiparticle excitations of FeSe in the vicinity of the BCS-BEC crossover2017

    • Author(s)
      S. Kasahara
    • Organizer
      The 16th International Workshop on Vortex Matter in Superconductors (VORTEX2017), Natal, Brazil.
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] FeSe1-xSxにおける異方的超伝導ギャップ構造2017

    • Author(s)
      笠原成
    • Organizer
      京都大学・基研研究会 「超伝導研究の最先端: 多自由度、非平衡、電子相関、トポロジー、人工制御」
    • Invited
  • [Presentation] 鉄系超伝導体Fe(Se,S)の超伝導ギャップ異方性2017

    • Author(s)
      谷口智哉, 佐藤雄貴, Xiangzhuo Xing, 笠原成, 常盤欣文, 笠原裕一, 芝内孝禎, 松田祐司
    • Organizer
      日本物理学会 2017年秋季大会
  • [Presentation] Fe(Se,S)のバンド構造と超伝導に対するネマティシティの効果2017

    • Author(s)
      花栗哲郎, 岩谷克也, 幸坂祐生, 町田理, 綿重達哉, 笠原成, 芝内孝禎, 松田祐司
    • Organizer
      日本物理学会 2017年秋季大会
  • [Presentation] 鉄系超伝導体FeSe1-xSxの温度・圧力・化学置換の三次元電子相図2017

    • Author(s)
      杉村優一, 松浦康平, 新井佑基, 向笠清隆, 水上雄太, 綿重達哉, 笠原成, 松田祐司, 上床美也, 芝内孝禎
    • Organizer
      日本物理学会 2017年秋季大会
  • [Presentation] FeSe1-xSx(x = 0.12)の核磁気共鳴2017

    • Author(s)
      桑山昂典, 藤原直樹, 松浦康平, 水上雄太, 笠原成, 松田祐司, 芝内孝禎, 上床美也
    • Organizer
      日本物理学会 2017年秋季大会
  • [Presentation] パルス電流を用いたFeSe単結晶の渦糸フロー測定2017

    • Author(s)
      高石浩行, 家永紘一郎, 金子真一, 笠原成, 松田祐司, 大熊哲
    • Organizer
      日本物理学会 2017年秋季大会
  • [Presentation] 高次高調波レーザー時間分解光電子分光法によるFeSeのコヒーレントフォノン観測2017

    • Author(s)
      鈴木剛, 染谷隆史, 橋本嵩広, 道前翔矢, 渡邉真莉A, 藤澤正美, 金井輝人, 石井順久, 板谷治郎, 芝内孝禎, 笠原成, 松田祐司, 岡崎浩三, 辛埴
    • Organizer
      日本物理学会 2017年秋季大会
  • [Presentation] レーザー励起光電子顕微鏡によるFeSeにおけるネマティック秩序のドメイン観察2017

    • Author(s)
      元結啓仁, 谷内敏之, 下志万貴博, 岡崎浩三, 笠原成, 芝内孝禎, 松田裕司, 辛埴
    • Organizer
      日本物理学会 2017年秋季大会
  • [Remarks] 京都大学量子凝縮物性研究室

    • URL

      http://kotai2.scphys.kyoto-u.ac.jp/index.php?Top

URL: 

Published: 2018-12-17  

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