Unconventional superconductivity studied by scanning SQUID microscopy

2017 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 16K17742
• Research Institution: The University of Tokyo
• Principal Investigator: 下澤 雅明 東京大学, 物性研究所, 助教 (40736162)
• Project Period (FY): 2016-04-01 – 2018-03-31
• Keywords: 走査型SQUID顕微鏡 / 非従来型超伝導 / 量子スピン液体

Outline of Annual Research Achievements

本研究では、新たに開発した走査型SQUID顕微鏡を用いて、非従来型超伝導体であるFe(Se,S)の局所磁化測定を行った。この物質群では、超伝導転移温度よりも高い温度から磁化率が低下し始めることがバルクの磁化測定から報告されている。この結果は、超伝導のクーパー対が部分的に形成され始めて、マイスナー効果（反磁性）が現れているのが理由だと解釈されている。このような超伝導の前駆現象を明らかにするためには、試料の磁化分布を精密に評価することが必要である。そこで本研究では、走査型SQUID顕微鏡を用いてFe(Se,S)の局所磁化測定を行った。超伝導状態では、渦糸状態を明瞭に観測することに成功したが、超伝導転移温度よりも高温では、反磁性の兆候を観測することができなかった。先行研究によると、この前駆現象は低磁場よりも高磁場において明瞭に観測される。それ故、前駆現象を観測することができなかったのは、ゼロ磁場近傍で磁化測定を行ったことが原因だと思われる。今後は、走査型Hall素子顕微鏡で高磁場下での局所磁化測定を行う予定である。
また本年度は、κ-H3(Cat-EDT-TTF)2の量子スピン液体状態がプロトンの量子揺らぎによって安定しているかどうかを明らかにするために、３つの元素置換系「κ-H3(Cat-EDT-ST)2、κ-H3(Cat-EDT-d4-TTF)2、κ-H3(Cat-EDSe-TTF)2」の研究を行った。元素置換を行うことで、２次元三角格子上のスピン配置や、プロトンの量子揺らぎを系統的にコントロールすることができる。これまでに誘電率・磁気トルク測定を行っており、それらの結果からκ-H3(Cat-EDT-TTF)2系では、プロトン揺らぎが量子スピン液体状態を安定化するために重要な役割を果たしていることが分かった。現在これらの内容をまとめているところである。

Research Products

• [Journal Article] Anomalous suppression in the de Haas-van Alphen oscillations of CeCoIn5 at ultra-low temperatures (2018)
  • Author(s): Hiroaki Shishido, Shogo Yamada, Kaori Sugii, Masaaki Shimozawa, Youichi Yanase, Minoru Yamashita
  • Journal Title: Phys. Rev. Lett. Volume: 印刷中 Pages: 印刷中
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Quantum-disordered state of magnetic and electric dipoles in an organic Mott system (2017)
  • Author(s): M. Shimozawa, K. Hashimoto, A. Ueda, Y. Suzuki, K. Sugii, S. Yamada, Y. Imai, R. Kobayashi, K. Itoh, S. Iguchi, M. Naka, S. Ishihara, H. Mori, T. Sasaki, M. Yamashita
  • Journal Title: Nat. Commun. Volume: 8 Pages: 1821
  • DOI: 10.1038/s41467-017-01849-x
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Thermal Hall Effect in a Phonon-Glass Ba3CuSb2O9 (2017)
  • Author(s): K. Sugii, M. Shimozawa, D. Watanabe, Y. Suzuki, M. Halim, M. Kimata, Y. Matsumoto, S. Nakatsuji, M. Yamashita
  • Journal Title: Phys. Rev. Lett. Volume: 118 Pages: 145902
  • DOI: 10.1103/PhysRevLett.118.145902
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Emergent exotic superconductivity in artificially engineered tricolor Kondo superlattices (2017)
  • Author(s): M. Naritsuka, T. Ishii, S. Miyake, Y. Tokiwa, R. Toda, M. Shimozawa, T. Terashima, T. Shibauchi, Y. Matsuda, Y. Kasahara
  • Journal Title: Phys. Rev. B Volume: 96 Pages: 174512
  • DOI: 10.1103/PhysRevB.96.174512
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Magnetic and superconducting properties of a heavy-fermion CeCoIn5 epitaxial film probed by nuclear quadrupole resonance (2017)
  • Author(s): Takayoshi Yamanaka, Masaaki Shimozawa, Hiroaki Shishido, Shunsaku Kitagawa, Hiroaki Ikeda, Takasada Shibauchi, Takahito Terashima, Yuji Matsuda, Kenji Ishida
  • Journal Title: Phys. Rev. B (Rapid) Volume: 96 Pages: 060507
  • DOI: 10.1103/PhysRevB.96.060507
  • Peer Reviewed
• [Presentation] Anomalous magnetization of the chiral antiferromagnet Mn3Sn (2018)
  • Author(s): Masaaki Shimozawa, Kaori Sugii, Jun Kondo, Yoshitaka Suzuki, Minoru Yamashita, Taketomo Nakamura, Shingo Katsumoto, Yasuhiro Tada, Muhammad Ikhlas, Tomoya Higo, Takahiro Tomita, Satoru Nakatsuji, Marcin Konczykowski, Yuji Matsuda, Kiyotaka Mukasa, Kohei Matsuura, Yuta Mizukami, Takasada Shibauchi
  • Organizer: APS March Meeting 2018
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Anomalous Hall Effect in Topological Antiferromagnetic State in Mn3Sn (2018)
  • Author(s): Kaori Sugii, Yusuke Imai, Masaaki Shimozawa, Muhammad Ikhlas, Naoki Kiyohara, Takahiro Tomita, Satoru Nakatsuji, Minoru Yamashita
  • Organizer: APS March Meeting 2018
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Observation of half-integer thermal Hall conductance in a Kitaev quantum magnet (2018)
  • Author(s): Yuichi Kasahara, Kaori Sugii, Takafumi Ohnishi, Masaaki Shimozawa, Minoru Yamashita, Nobuyuki Kurita, Hidekazu Tanaka, Joji Nasu, Yukitoshi Motome, Takasada Shibauchi, Yuji Matsuda
  • Organizer: APS March Meeting 2018
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Anomalous Thermal Hall Effect in Mn3Sn (2018)
  • Author(s): K. Sugii, Y. Imai, M. Shimozawa, M. Ikhlas, N. Kiyohara, T. Tomita, S. Nakatsuji, M. Yamashita
  • Organizer: ISSP Workshop: Novel phenomena in quantum materials driven by multipoles and topology
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Anomalous thermal and magnetic properties of the chiral antiferromagnet Mn3Sn (2018)
  • Author(s): M. Shimozawa, K. Sugii, Y. Imai, J. Kondo, Y. Suzuki, M. Yamashita, T. Nakamura, S. Katsumoto, M. Ikhras, T. Higo, T. Tomita, N. Kiyohara, S. Nakatsuji, M. Konczykowski, Y. Matsuda, K. Mukasa, K. Matsuura, Y. Mizukami, T. Shibauchi
  • Organizer: ISSP Workshop: Novel phenomena in quantum materials driven by multipoles and topology
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] カイラル反強磁性体Mn3Geの磁場中熱輸送特性 (2018)
  • Author(s): 杉井かおり,下澤雅明, 赤澤仁寿, 近藤潤, 冨田崇弘, A. A. Nugroho, 中辻知, 山下穣
  • Organizer: 2018年日本物理学会年次大会
• [Presentation] Kitaevスピン液体における半整数量子熱ホール効果の観測 (2018)
  • Author(s): 馬斯嘯, 笠原裕一, 大西隆史, 杉井かおり, 下澤雅明, 山下穣, 栗田伸之, 田中秀数, 那須譲治, 求幸年, 芝内孝禎, 松田祐司
  • Organizer: 2018年日本物理学会年次大会
• [Presentation] CeCoIn5/CeIn3近藤超格子の超伝導状態 (2018)
  • Author(s): 成塚政裕, 三宅聡平, 下澤雅明, 芝内孝禎, 笠原裕一, 寺嶋孝仁, 松田祐司
  • Organizer: 2018年日本物理学会年次大会
• [Presentation] 走査型磁気顕微鏡を用いた超伝導体における時間反転対称性の破れの検証 (2018)
  • Author(s): 向笠清隆, 下澤雅明, 山下穣, 小山大介, 河端美樹, 河合淳, 笠原成, 松田祐司, 杉村優一, 松浦康平, 水上雄太, 芝内孝禎
  • Organizer: 2018年日本物理学会年次大会
• [Presentation] 115In-NMR/NQRで観る人工超格子CeCoIn5/CeRhIn5及びエピタキシャル膜CeRhIn5の磁気構造の層数依存性 (2018)
  • Author(s): 仲嶺元輝, 山中隆義, 北川俊作, 石田憲二, 石井智大, 成塚政裕, 鳥井陽平, 下澤雅明, 宍戸寛明, 笠原成, 常盤欣文, 笠原裕一, 水上雄太, 芝内孝禎, 寺嶋孝仁, 松田祐司
  • Organizer: 2018年日本物理学会年次大会
• [Presentation] dHvA measurements of CeCoIn5 at ultra-low temperature (2017)
  • Author(s): Hiroaki Shishido, Shogo Yamada, Kaori Sugii, Masaaki Shimozawa, Youichi Yanase, Minoru Yamashita
  • Organizer: SCES2017
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] キラル反強磁性体CsCuCl3の熱輸送測定 (2017)
  • Author(s): 赤澤仁寿, 土岐勇人, 杉井かおり, 下澤雅明, 山下穣, 高阪勇輔, 秋光純, 井上克也, J. Zaccaro, I. Gautier-Luneau, D. Luneau
  • Organizer: 2017年日本物理学会秋季大会
• [Presentation] カイラル反強磁性体Mn3Snにおける表面状態の観測 (2017)
  • Author(s): 向笠清隆, 下澤雅明, 鈴木喜貴, 杉井かおり, 近藤潤, 山下穣, 多田靖啓, 中村壮智, 勝本信吾, Muhammad Ikhlas, 冨田崇弘, 肥後友也, 中辻知, Marcin Konczykowski, 松田祐司, 松浦康平, 水上雄太, 芝内孝禎
  • Organizer: 2017年日本物理学会秋季大会
• [Presentation] α-RuCl3のKitaevスピン液体状態におけるマヨラナカイラルエッジ電流 (2017)
  • Author(s): 大西隆史, 笠原裕一, 杉井かおり, 下澤雅明, 山下穣, 常盤欣文, 栗田伸之, 田中秀数, 那須譲二, 求幸年, 芝内孝禎, 松田祐司
  • Organizer: 2017年日本物理学会秋季大会
• [Presentation] カゴメ反強磁性体Ca-Kapellasiteの熱輸送測定 (2017)
  • Author(s): 土岐勇人, 赤澤仁寿, 杉井かおり, 下澤雅明, 山下穣, 小田研, 吉田紘行
  • Organizer: 2017年日本物理学会秋季大会
• [Presentation] NMR/NQRによる重い電子系人工超格子CeCoIn5/CeRhIn5及びCeRhIn5単結晶膜の磁気状態の研究 (2017)
  • Author(s): 仲嶺元輝, 山中隆義, 北川俊作, 石田憲二, 石井智大, 成塚政裕, 鳥井陽平, 下澤雅明, 宍戸寛明, 笠原成, 常盤欣文, 笠原裕一, 水上雄太, 芝内孝禎, 寺嶋孝仁, 松田祐司
  • Organizer: 2017年日本物理学会秋季大会
• [Presentation] 重い電子系CeCoIn5/CeRhIn5ハイブリッド超格子の圧力下における上部臨界磁場精密角度依存性 (2017)
  • Author(s): 成塚政裕, 石井智大, 三宅聡平, 下澤雅明, 芝内孝禎, 常盤欣文, P.F.S. Rosa, Y. Luo, F. Ronning, J.D Thompson, 笠原裕一, 寺嶋孝仁, 松田祐司
  • Organizer: 2017年日本物理学会秋季大会
• [Presentation] 重い電子系CeCoIn5/CeIn3ヘテロ構造の超伝導状態 (2017)
  • Author(s): 三宅聡平, 石井智大, 成塚政裕, 笠原裕一, 芝内孝禎, 下澤雅明, 寺嶋孝仁, 松田祐司
  • Organizer: 2017年日本物理学会秋季大会
• [Presentation] 電荷ガラス物質θ-(BEDT-TTF)2CsZn(SCN)4の極低温熱伝導率測定 (2017)
  • Author(s): 橋本顕一郎, 小林亮太, 近藤潤, 下澤雅明, 山下穣, 佐々木孝彦
  • Organizer: 2017年日本物理学会秋季大会
• [Presentation] π電子-プロトン相関型Cat-TTF系における量子スピン液体状態と量子常誘電状態の関係 (2017)
  • Author(s): 近藤潤, 下澤雅明, 杉井かおり, 山下穣, 上田顕, 森初果, 木俣基, 橋本顕一郎, 井口敏, 佐々木孝彦
  • Organizer: 2017年日本物理学会秋季大会
• [Presentation] 水素結合系モット絶縁体における量子常誘電・量子常磁性状態の実現 (2017)
  • Author(s): 下澤雅明，橋本顕一郎，上田 顕，鈴木喜貴，杉井かおり，山田章悟，今井悠介，小林亮太，伊藤桂介，井口 敏，中 惇，石原純夫，森 初果，佐々木孝彦，山下 穣
  • Organizer: 多自由度・多階層性が協奏する物質材料システムの科学