Tuning quantum critical points by impurity scattering seen via specific heat measurements

2017 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 15K17692
• Research Institution: The University of Tokyo
• Principal Investigator: 水上 雄太 東京大学, 大学院新領域創成科学研究科, 助教 (80734095)
• Project Period (FY): 2015-04-01 – 2018-03-31
• Keywords: 量子臨界点 / 鉄系超伝導体 / 重い電子系超伝導体 / 精密比熱測定 / 不純物効果 / 元素置換効果

Outline of Annual Research Achievements

重い電子系超伝導体や銅酸化物高温超伝導体、及び鉄系超伝導体に代表される強相関超伝導物質においては、磁気秩序相や軌道秩序相、及び電荷秩序相といった有限温度で出現する秩序相を絶対零度に制御したいわゆる量子臨界点付近で異常物性及び超伝導が観測される場合が多く、それらと量子臨界点の関連性が盛んに研究されている。
本年度は既存の測定システムを用いた電気抵抗率測定や磁場侵入長測定、及び立ち上げに成功した長時間緩和法を用いた比熱測定を行い、量子臨界点近傍の超伝導相について調べた。
反強磁性量子臨界点の存在が知られている鉄ニクタイドBaFe2(As,P)2について、前年度までに電子線照射を用いて単結晶試料に人工格子欠陥を導入した。未照射の試料においては超伝導転移温度が最大となる点である最適組成点が反強磁性量子臨界点に非常に近く存在したが、電子線照射を行い反強磁性量子臨界点を移動させると、最適組成点も同様な量だけ移動することが明らかとなった。これは、反強磁性量子臨界点により超伝導状態が増強されていることを直接的に示す非常に重要な結果であると考えられる。
反強磁性量子臨界点近傍で生ずる超伝導体の原型とされる重い電子系CeCu2Si2に対して超伝導対称性を決定する為に電子線照射による影響を調べた。反強磁性相近傍では異方的な超伝導対称性が期待されるという従来の考え方に反して、符号反転のない等方的な超伝導対称性が実現していることを示す結果を得た。
軌道秩序の量子臨界点が示唆される鉄カルコゲナイドFe(Se,S)に対して、量子臨界点付近での超伝導状態の変化を調べた。その結果、軌道無秩序相に入ると超伝導転移付近で比熱の温度依存性が劇的に変化することが分かった。これは母物質のFeSeにおいて議論されているBCS-BECクロスオーバー状態を熱力学的に検知している可能性があり新奇な結果であると考えられる。

Remarks

研究代表者ホームページ
https://sites.google.com/view/yutamizukamipage/home

Research Products

• [Int'l Joint Research] Ecole Polytechnique(France)
  • Country Name: France
  • Counterpart Institution: Ecole Polytechnique
• [Int'l Joint Research] The Chinese University of Hong Kong/Chinese Academy of Sciences(China)
  • Country Name: China
  • Counterpart Institution: The Chinese University of Hong Kong/Chinese Academy of Sciences
• [Int'l Joint Research] University of Bristol(英国)
  • Country Name: UNITED KINGDOM
  • Counterpart Institution: University of Bristol
• [Int'l Joint Research] MPI for Chemical Physics of Solids/Institute for Solid State Physics/Augsburg University(Germany)
  • Country Name: Germany
  • Counterpart Institution: MPI for Chemical Physics of Solids/Institute for Solid State Physics/Augsburg University
• [Journal Article] Maximizing Tc by tuning nematicity and magnetism in FeSe1-xSx superconductors (2017)
  • Author(s): K. Matsuura, Y. Mizukami, Y. Arai, Y. Sugimura, N. Maejima, A. Machida, T. Watanuki, T. Fukuda, T. Yajima, Z. Hiroi, K. Y. Yip, Y. C. Chan, Q. Niu, S. Hosoi, K. Ishida, K. Mukasa, S. Kasahara, J.-G. Cheng, S. K. Goh, Y. Matsuda, Y. Uwatoko, and T. Shibauchi
  • Journal Title: Nat. Commun. Volume: 8 Pages: 1143
  • DOI: 10.1038/s41467-017-01277-x
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Full-Gap Superconductivity Robust against Disorder in Heavy-Fermion CeCu2Si2 (2017)
  • Author(s): T. Takenaka, Y. Mizukami, J. A. Wilcox, M. Konczykowski, S. Seiro, C. Geibel, Y. Tokiwa, Y. Kasahara, C. Putzke, Y. Matsuda, A. Carrington, and T. Shibauchi
  • Journal Title: Phys. Rev. Lett. Volume: 119 Pages: 077001
  • DOI: 10.1103/PhysRevLett.119.077001
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Weakening of the Diamagnetic Shielding in FeSe1-xSx at High Pressures (2017)
  • 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: 10.1103/PhysRevB.96.020502
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Impact of Disorder on the Superconducting Phase Diagram in BaFe2(As1-xPx)2 (2017)
  • 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: 10.7566/JPSJ.86.083706
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Fully Gapped Superconductivity with No Sign Change in the Prototypical Heavy-Fermion CeCu2Si2 (2017)
  • Author(s): T. Yamashita, T. Takenaka, Y. Tokiwa, J. A. Wilcox, Y. Mizukami, D. Terazawa, Y. Kasahara, S. Kittaka, T. Sakakibara, M. Konczykowski, S. Seiro, H. S. Jeevan, C. Geibel, C. Putzke, T. Onishi, H. Ikeda, A. Carrington, T. Shibauchi, and Y. Matsuda
  • Journal Title: Sci. Adv. Volume: 3 Pages: e1601667
  • DOI: 10.1126/sciadv.1601667
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Presentation] 軌道選択モット転移近傍に位置するAFe2As2(A=Rb,Cs)の異常物性 (2018)
  • Author(s): 水上雄太
  • Organizer: つくば-柏-本郷 超伝導かけはしプロジェクト ワークショップ（１）
• [Presentation] Fe(Se,S)の正方晶相における超伝導状態の比熱測定 (2018)
  • Author(s): 水上雄太, 田中桜平, 松浦康平, 王浩, 谷口智哉, 綿重達哉, 笠原成, 笠原裕一, 松田祐司, 芝内孝禎
  • Organizer: 日本物理学会 第73回年次大会
• [Presentation] Evolution of specific heat with controlled disorder in filled skutterudite superconductor LaRu4As12 (2018)
  • Author(s): Yuta Mizukami, Ohei Tanaka, Marcin Konczykowski, Satoshi Kurata, Yuji Matsuda, Zygmunt Henkie, Tomasz Cichorek, Takasada Shibauchi
  • Organizer: American Physical Society March meeting 2018
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] 新型超伝導体NaSn2As2の磁場侵入長測定 (2018)
  • Author(s): 石原滉大, 竹中崇了, 水上雄太, 後藤陽介, 水口佳一, 芝内孝禎
  • Organizer: 日本物理学会 第73回年次大会
• [Presentation] 銅を含む配位高分子[Cu3(C6S6)]nにおける超伝導 (2018)
  • Author(s): 竹中崇了, 石原滉大, 水上雄太, Xing Huang, Wei Xu, Daoben Zhu, Jinguang Cheng, 芝内孝禎
  • Organizer: 日本物理学会 第73回年次大会
• [Presentation] 細井優, 石田浩祐, 水上雄太, 今泉聖司, 橋詰和樹, 青山拓也, 今井良宗, 大串研也, 芝内孝禎 (2018)
  • Author(s): 鉄系梯子型化合物BaFe2S3における弾性抵抗測定
  • Organizer: 日本物理学会 第73回年次大会
• [Presentation] Nematic quantum-critical fluctuations near the pseudogap critical point in high-Tc cuprate superconductors (2018)
  • Author(s): Kousuke Ishida, Suguru Hosoi, Yuki Teramoto, Tomohiro Usui, Yuta Mizukami, Kenji Itaka, Yuji Matsuda, Takao Watanabe, Takasada Shibauchi
  • Organizer: American Physical Society March meeting 2018
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Orbital ordering in the iron-ladder material BaFe2S3 studied by elastoresistance measurements (2018)
  • Author(s): Suguru Hosoi, Kousuke Ishida, Yuta Mizukami, Satoshi Imaizumi, Kazuki Hashizume, Takuya Aoyama, Yoshinori Imai, Kenya Ohgushi, Takasada Shibauchi
  • Organizer: American Physical Society March meeting 2018
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] 電子線照射を用いた不純物効果による鉄系超伝導体の超伝導対称性決定 (2017)
  • Author(s): 水上雄太
  • Organizer: 高温超伝導フォーラム第5回研究会
  • Invited
• [Presentation] Quantum critical points in iron-based superconductors (2017)
  • Author(s): Y. Mizukami
  • Organizer: Superstripes 2017
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] 過剰ホールドープされた鉄系超伝導体AFe2As2(A=Rb,Cs)における精密比熱、磁化測定 (2017)
  • Author(s): 水上雄太, 田中桜平, 石田浩祐, Thomas Wolf, Kai Grube, Hilbert von Loehneysen, 芝内孝禎
  • Organizer: 日本物理学会 2017年秋季大会
• [Presentation] 充填スクッテルダイト超伝導体LaRu4As12における電子線照射の影響 (2017)
  • Author(s): 田中桜平, 水上雄太, Marcin Konczykowski, 藏田聡信, 松浦康平, 川本雄太, Zygmunt Henkie, Tomasz Cichorek, 松田祐司, 芝内孝禎
  • Organizer: 日本物理学会 2017年秋季大会
• [Presentation] AFe2As2(A= Rb, Cs)におけるネマティック揺らぎの測定 (2017)
  • Author(s): 石田浩祐, 細井優, 水上雄太, Thomas Wolf, Kai Grube, Hilbert von Loehneysen, 芝内孝禎
  • 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
• [Remarks] 物理的圧力と化学的圧力の組み合わせにより、新しい鉄系高温超伝導を発見
  • URL: http://www.k.u-tokyo.ac.jp/info/entry/22_entry603/
• [Remarks] レアアース化合物における新奇な超伝導機構
  • URL: http://www.k.u-tokyo.ac.jp/info/entry/22_entry594/
• [Remarks] 38年を経て明らかになった 非従来型超伝導の「先駆け」物質の電子状態
  • URL: http://www.k.u-tokyo.ac.jp/info/entry/22_entry576/