Higgs mode observation of high temperature superconductors by time-resolved angle-resolved photoelectron spectroscopy

2018 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 16K13829
• Research Institution: The University of Tokyo
• Principal Investigator: 近藤 猛 東京大学, 物性研究所, 准教授 (40613310)
• Project Period (FY): 2016-04-01 – 2019-03-31
• Keywords: 光電子分光 / 超伝導 / 非平衡物性

Outline of Annual Research Achievements

本研究では、エネルギースケールでは似通った高温超伝導体の電子対形成及び多様な秩序状態(擬ギャップ状態、電荷・スピン密度波状態、及び軌道秩序状態)を時間スケールで分離して観測することで、超伝導におけるそれぞれの役割を新しい角度から同定することを目的としていた。非平衡にある電子系は、電子相関や電子-格子散乱を経て緩和していくが、その時間スケールが各相互作用で異なるため、静的には似通った秩序構造を、時間軸で分離して観測できる。その中でも時間分解ARPESは、様々な物性を支配するフェルミ準位近傍の非平衡電子状態を波数分解して直接観測できる点で他の超高速分光法とは一線を画す。時間分解ARPESを用いたこれまでの数少ない超伝導研究では、銅酸化物を光励起して得られる非占有側のスペクトル量が時間軸に対し追跡されてきた。その中で、励起準粒子の緩和に際し、「遅い緩和＝超伝導の再構成」の構図(RTモデル)でデータ解釈が成されてきた。つまり、破壊された電子対が再結合する過程と、それによって生成されるフォノンが再び電子対を破壊する過程とがループを描き、その結果、電子系過渡変化が遅延すると解釈する。主に２グループから報告されているが、電子系の緩和時間に強い異方性があるとする結果と、等方的だとする結果で互いに食い違いが有り、超伝導や擬ギャップの過渡変化は未だ解明されていない。我々は、「遅い緩和＝超伝導の再構成」の前提そのものをまずは検証するため、超伝導の発現しないほどに過剰ドープした試料の研究からスタートした。その結果、超伝導とは無関係に長時間の緩和成分が観察され得ることを示し、「遅い緩和＝超伝導の再構成」の構図そのものを再検討する必要性を見出した。さらに、pump 光の強度によって緩和時間が大きく変化することを見出し、グループ間で見えた実験結果の食い違いを説明することが可能となった。

Research Products

• [Journal Article] A weak topological insulator state in quasi-one-dimensional bismuth iodide (2019)
  • Author(s): R. Noguchi, T. Takahashi, K. Kuroda, M. Ochi, T. Shirasawa, M. Sakano, C. Bareille, M. Nakayama, M. D. Watson, K. Yaji, A. Harasawa, H. Iwasawa, P. Dudin, T. K. Kim, M. Hoesch, V. Kandyba, A. Giampietri, A. Barinov, S. Shin, R. Arita, T. Sasagawa, T. Kondo
  • Journal Title: Nature Volume: 588 Pages: 518-522
  • DOI: https://doi.org/10.1038/s41586-019-0927-7
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Low-energy electron-mode couplings in the surface bands of Sr2RuO4 revealed by laser-based angle-resolved photoemission spectroscopy (2019)
  • Author(s): Shuntaro Akebi, Takeshi Kondo, Mitsuhiro Nakayama, Kenta Kuroda, So Kunisada, Haruka Taniguchi, Yoshiteru Maeno, and Shik Shin
  • Journal Title: PHYSICAL REVIEW B Volume: 99 Pages: 081108 (1-5)
  • DOI: https://doi.org/10.1103/PhysRevB.99.081108
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Multiple topological states in iron-based superconductors (2019)
  • Author(s): P. Zhang, Z. Wang, X. Wu, K. Yaji, Y. Ishida, Y. Kohama, G. Dai, Y. Sun, C. Bareille, K. Kuroda, T. Kondo, K.Okazaki, K. Kindo, X.Wang, C. Jin, J. Hu, R. Thomale, K. Sumida, S. Wu, K.Miyamoto, T. Okuda, H. Ding, G. D. Gu, T.Tamegai, T. Kawakami, M. Sato, S. Shin
  • Journal Title: Nature physics Volume: 15 Pages: 41-47
  • DOI: https://doi.org/10.1038/s41567-018-0280-z
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Orbital-selective metal-insulator transition lifting the t2g band hybridization in the Hund metal Sr3(Ru1－xMnx )2O7 (2018)
  • Author(s): M Nakayama, Takeshi Kondo, K Kuroda, C Bareille, M D Watson, S Kunisada, R Noguchi, T K Kim, M Hoesch, Y Yoshida, and S Shin
  • Journal Title: PHYSICAL REVIEW B Volume: 98 Pages: 161102 (1-5)
  • DOI: 10.1103/PhysRevB.98.161102
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Observation of topological superconductivity on the surface of an iron-based superconductor (2018)
  • Author(s): Peng Zhang, Koichiro Yaji, Takahiro Hashimoto, Yuichi Ota, Takeshi Kondo, Kozo Okazaki, Zhijun Wang, Jinsheng Wen, G D Gu, Hong Ding, and Shik Shin
  • Journal Title: Science Volume: 360 Pages: 182-186
  • DOI: 10.1126/science.aan4596
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Presentation] 層状反強磁性体EuSn2As2における磁気に結合した二次元電子状態の観測 (2019)
  • Author(s): 櫻木俊輔, 坂上良介, 黒田健太, C. Bareille, 東伸彦, 岩竹翼, 佐々木秀, 土居抄太郎, 辻本直人, 明石遼介, 國定聡, 野口亮, 黒川輝風, T. K. Kim, C. Cacho, 辛埴, 神原陽一, 近藤猛
  • Organizer: 日本物理学会「第74回年次大会(2019年)」(九州大)
• [Presentation] 高分解能ARPESで調べる様々なトポロジカル相を示す擬一次元ビスマスハライドの電子構造 (2019)
  • Author(s): 野口亮, 高橋敬成, 黒田健太, C. Bareille, 櫻木俊輔, 國定聡, 黒川輝風, T. Kim, C. Cacho, 辛埴, 笹川崇男, 近藤猛
  • Organizer: 日本物理学会「第74回年次大会(2019年)」(九州大)
• [Presentation] 角度分解光電子分光で解明する銅酸化物高温超伝導体のモット絶縁相近傍の超伝導状態 (2019)
  • Author(s): 國定聡, 磯野隼佑, 小濱芳允, 酒井志朗, C. Bareille, 足立伸太郎, 櫻木俊輔, 野口亮, 黒川輝風, 関根遼太郎A, 黒田健太, T. Kim, C. Cacho, 遠山貴巳, 辛埴, 常盤和靖, 近藤猛
  • Organizer: 日本物理学会「第74回年次大会(2019年)」(九州大)
• [Presentation] CeSbにおける悪魔の階段的な反強磁性構造転移に伴うバンド構造の変調 (2019)
  • Author(s): 黒田健太, Nafise Rezaei, 鈴木博之, 芳賀芳範, 新井陽介, 国定聡, 櫻木俊輔, Mojtaba Alaei, Cedric Bareille, 野口亮, 明比俊太朗, 北澤英明, 岡崎浩三, 木下雄斗, 徳永将史, 辛埴, 有田亮太郎, 近藤猛
  • Organizer: 日本物理学会「第74回年次大会(2019年)」(九州大)
• [Presentation] レーザー角度分解光電子分光で観測するCeSbの電子格子結合 (2019)
  • Author(s): 新井陽介, 黒田健太, 岩佐和晃, N. Rezaei, 鈴木博之, 芳賀芳範, 国定聡, 櫻木俊輔, 明比俊太朗, M. Alaei, 北澤英明, 辛埴, 有田亮太郎, 近藤猛
  • Organizer: 日本物理学会「第74回年次大会(2019年)」(九州大)
• [Presentation] レーザーARPESで解明する五層型銅酸化物高温超伝導体の超伝導と反強磁性の関係 (2019)
  • Author(s): 近藤猛
  • 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
  • Invited
• [Presentation] Observation of Topological Superconductivity on the surface of Iron-based Superconductor (2019)
  • Author(s): 近藤猛
  • Organizer: 新学術領域研究「トポロジーが紡ぐ物質科学のフロンティア」
  • Invited
• [Presentation] Discovery of weak topological insulator state in quasi-one-dimensional bismuth iodide (2019)
  • Author(s): 近藤猛
  • Organizer: Topological Phases and Functionality of Correlated Electron Systems
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] 角度分解光電子分光で解き明かす擬一次元ヨウ化ビスマスの弱いトポロジカル絶縁体状態 (2019)
  • Author(s): 近藤猛
  • Organizer: SPring-8ユーザー協同体 顕微ナノ材料科学研究会 日本表面真空学会 放射光表面科学研究部会 日本表面真空学会 プローブ顕微鏡研究部会 合同シンポジウム
  • Invited
• [Presentation] Solid state physics and its future development with nano-spin ARPES (2019)
  • Author(s): 近藤猛
  • Organizer: The 23rd Hiroshima International Symposium on Synchrotron Radiation Materials and Biomolecular Science using VUV-SX Synchrotron Radiation
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] Observation of magnetic Weyl state by angle-resolved photoemission spectroscopy (2019)
  • Author(s): 近藤猛
  • Organizer: Novel Phenomena in Quantum Materials driven by Multipoles and Topology
• [Presentation] Observation of Fermi pockets under the coexistence of superconductivity and antiferromagnetism in multi-layered high-Tc cuprates (2019)
  • Author(s): 近藤猛
  • Organizer: The 16th International Conference on Megagauss Magnetic Field Generation and Related Topics (MG-XVI)
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] 高分解能 ARPES で調べる悪魔の階段を示す反強磁性体 CeSb (2018)
  • Author(s): 黒田健太, Nafise Rezaei, 鈴木博之, 芳賀芳範, 国定聡, Mojtaba Alaei, Cedric Bareille, 野口亮, 中山充大, 坂野昌人, 明比俊太郎, 大田由一, 橋本嵩広, 都築章宏, 岡崎浩三, 有田将司, 出田真一郎, 田中清尚, 徳永将史, 北澤英明, 辛埴, 有田亮太郎, 近藤猛
  • Organizer: 日本物理学会「秋季大会」（同志社大）
• [Presentation] 高次高調波を用いた時間・スピン・角度分解光電子分光の装置開発 (2018)
  • Author(s): 黒田健太, 原沢あゆみ, Zhigang Zhao, 矢治光一郎, 藤澤正美, 櫻木俊輔, 野口亮, 近藤猛, 小森文夫, 小林洋平, 辛埴
  • Organizer: 日本物理学会「秋季大会」（同志社大）
• [Presentation] レーザーARPESとdHvA効果で解明する五層型銅酸化物高温超伝導体の超伝導と反強磁性の関係 (2018)
  • Author(s): 國定聡, 小濱芳允, 磯野隼佑, 酒井志朗, 足立伸太郎, Cedric Bareille, 関根遼太郎, 黒田健太, 常盤和靖, 辛埴, 近藤猛
  • Organizer: 日本物理学会「秋季大会」（同志社大）
• [Presentation] 擬一次元物質β-Bi4I4における弱いトポロジカル絶縁体相の発見とそのトポロジカル相制御 (2018)
  • Author(s): 野口亮, 高橋敬成, 黒田健太, 越智正之, 白澤徹郎, C. Bareille, 坂野昌人, 中山充大, 矢治光一郎, 原沢あゆみ, 岩澤英明, P. Dudin, T. Kim, M. Hoesch, 辛埴, 有田亮太郎, 笹川崇男, 近藤猛
  • Organizer: 日本物理学会「秋季大会」（同志社大）
• [Presentation] レーザーSARPESによる銀薄膜の量子井戸準位に依存したスピン分裂の観測 (2018)
  • Author(s): 野口亮, 黒田健太, 矢治光一郎, 原沢あゆみ, 飯盛拓嗣, 小森文夫, 辛埴, 近藤猛
  • Organizer: 日本物理学会「秋季大会」（同志社大）
• [Presentation] Evidence for magnetic Weyl fermions (2018)
  • Author(s): 近藤猛
  • Organizer: Erice Workshop 2018 "Majorana Fermions and Topological Materials Science"
  • Int'l Joint Research / Invited