Electron nematic states in iron-based superconductors near the orbital-selective Mott transition

2019 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 18K13492
• 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): 2018-04-01 – 2020-03-31
• Keywords: 軌道選択モット転移 / 量子相転移 / XYネマティック / 電子ネマティック状態 / 長時間緩和法 / 精密比熱測定 / ネマティック感受率 / 弾性抵抗

Outline of Annual Research Achievements

本研究では、過剰にホールドープされ軌道選択モット転移近傍に位置していると提案されている鉄系超伝導体において、新奇な電子ネマティック状態を明らかにすることを目的とする。鉄系超伝導体においては超伝導相に隣接して反強磁性相と、電子ネマティック相が存在することが知られている。一方、過剰ホールドープされた鉄系超伝導体RbFe2As2、CsFe2As2においては、従来のFe-Fe方向ではなく、Fe-As方向へのネマティック不安定性が生ずることを示す結果が得られている。特に本研究で行った弾性抵抗を用いたネマティック感受率測定においては、Fe-As方向へのネマティック感受率が大きく増大する結果が得られ、新奇なネマティック状態の存在を示唆する。一方、このネマティック状態のホールドープ量に対する変化を調べるためにBa置換系(Ba,Rb)Fe2As2に対するネマティック感受率測定を行った。その結果、BaFe2As2におけるFe-Fe方向のネマティック揺らぎがRbFe2As2におけるFe-As方向のネマティック揺らぎに変化していく中間領域では両方のネマティック揺らぎが同時に発達するということが明らかとなった。これは磁性体とのアナロジーから、XYネマティック状態の存在を示唆していると考えられ、鉄系超伝導体において新奇なネマティック状態を提案するに至った。
更に、RbFe2As2におけるFe-As方向へのネマティック状態の熱力学的証拠を得るために、RbFe2As2の微小単結晶において、長時間緩和法を用いた磁場角度回転比熱測定を行った。その結果、超伝導転移における比熱の跳びの大きさが、磁場角度方向に対して結晶の４回回転対称よりも低い２回振動を示すことが分かった。これは、上部臨界磁場が２回回転対称になっていることを示しており、通常状態の電子状態が２回回転対称になっていることを示唆する。

Research Products

• [Int'l Joint Research] Karlsruhe Institute of Technology(ドイツ)
  • Country Name: GERMANY
  • Counterpart Institution: Karlsruhe Institute of Technology
• [Int'l Joint Research] University of Minnesota/University of Colorado/University of Minnesota(米国)
  • Country Name: U.S.A.
  • Counterpart Institution: University of Minnesota/University of Colorado/University of Minnesota
  • # of Other Institutions: 3
• [Int'l Joint Research] Ecole Polytechnique(フランス)
  • Country Name: FRANCE
  • Counterpart Institution: Ecole Polytechnique
• [Int'l Joint Research] The Chinese University of Hong Kong(中国)
  • Country Name: CHINA
  • Counterpart Institution: The Chinese University of Hong Kong
• [Int'l Joint Research] KAIST(韓国)
  • Country Name: KOREA (REP. OF KOREA)
  • Counterpart Institution: KAIST
• [Journal Article] Effect of quenched disorder on the quantum spin liquid state of the triangular-lattice antiferromagnet 1T?TaS2 (2020)
  • Author(s): Murayama H.、Sato Y.、Taniguchi T.、Kurihara R.、Xing X. Z.、Huang W.、Kasahara S.、Kasahara Y.、Kimchi I.、Yoshida M.、Iwasa Y.、Mizukami Y.、Shibauchi T.、Konczykowski M.、Matsuda Y.
  • Journal Title: Physical Review Research Volume: 2 Pages: 013099
  • DOI: https://doi.org/10.1103/PhysRevResearch.2.013099
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Novel electronic nematicity in heavily hole-doped iron pnictide superconductors (2020)
  • Author(s): Ishida Kousuke、Tsujii Masaya、Hosoi Suguru、Mizukami Yuta、Ishida Shigeyuki、Iyo Akira、Eisaki Hiroshi、Wolf Thomas、Grube Kai、v. L?hneysen Hilbert、Fernandes Rafael M.、Shibauchi Takasada
  • Journal Title: Proceedings of the National Academy of Sciences Volume: 117 Pages: 6424～6429
  • DOI: https://doi.org/10.1073/pnas.1909172117
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] 77Se-NMR Study under Pressure on 12%-S Doped FeSe (2019)
  • Author(s): Kuwayama Takanori、Matsuura Kohei、Mizukami Yuta、Kasahara Shigeru、Matsuda Yuji、Shibauchi Takasada、Uwatoko Yoshiya、Fujiwara Naoki
  • Journal Title: Journal of the Physical Society of Japan Volume: 88 Pages: 033703～033703
  • DOI: https://doi.org/10.7566/JPSJ.88.033703
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Unconventional thermal metallic state of charge-neutral fermions in an insulator (2019)
  • Author(s): Sato Y.、Xiang Z.、Kasahara Y.、Taniguchi T.、Kasahara S.、Chen L.、Asaba T.、Tinsman C.、Murayama H.、Tanaka O.、Mizukami Y.、Shibauchi T.、Iga F.、Singleton J.、Li Lu、Matsuda Y.
  • Journal Title: Nature Physics Volume: 15 Pages: 954～959
  • DOI: https://doi.org/10.1038/s41567-019-0552-2
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Diagonal nematicity in the pseudogap phase of HgBa2CuO4+δ (2019)
  • Author(s): Murayama H.、Sato Y.、Kurihara R.、Kasahara S.、Mizukami Y.、Kasahara Y.、Uchiyama H.、Yamamoto A.、Moon E.-G.、Cai J.、Freyermuth J.、Greven M.、Shibauchi T.、Matsuda Y.
  • Journal Title: Nature Communications Volume: 10 Pages: 3282
  • DOI: https://doi.org/10.1038/s41467-019-11200-1
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Universal relationship between low-energy antiferromagnetic fluctuations and superconductivity in BaFe2(As1-xPx)2 (2019)
  • Author(s): Kitagawa Shunsaku、Kawamura Takeshi、Ishida Kenji、Mizukami Yuta、Kasahara Shigeru、Shibauchi Takasada、Terashima Takahito、Matsuda Yuji
  • Journal Title: Physical Review B Volume: 100 Pages: 060503
  • DOI: https://doi.org/10.1103/PhysRevB.100.060503
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Measuring magnetic field texture in correlated electron systems under extreme conditions (2019)
  • Author(s): Yip King Yau、Ho Kin On、Yu King Yiu、Chen Yang、Zhang Wei、Kasahara S.、Mizukami Y.、Shibauchi T.、Matsuda Y.、Goh Swee K.、Yang Sen
  • Journal Title: Science Volume: 366 Pages: 1355～1359
  • DOI: 10.1126/science.aaw4278
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Presentation] 鉄系超伝導体FeSe1-xTexの電子相図の研究 (2020)
  • Author(s): 向笠清隆, 松浦康平, 杉村優一, 大谷椋, Mingwei Qiu, 斎藤三樹彦, 石田浩祐, 大西由吾, 水上雄太, 橋本顕一郎, 熊井玲児, 郷地順, 上床美也, 芝内孝禎
  • Organizer: 日本物理学会 第75回年次大会
• [Presentation] FeSe1-xTex(x=0.30)の常圧での核磁気共鳴 (2020)
  • Author(s): 中村昂矢, 桑山昂典, 松浦康平, 水上雄太, 笠原成, 松田祐司, 芝内孝禎, 上床美也, 藤原直樹
  • Organizer: 日本物理学会 第75回年次大会
• [Presentation] Fe(Se,Te)における電子ネマティック秩序 (2020)
  • Author(s): 石田浩祐, 大西由吾, 辻井優哉, 向笠清隆, 杉村優一, Mingwei Qiu, 松浦康平, 斎藤三樹彦, 水上雄太, 橋本顕一郎, 芝内孝禎
  • Organizer: 日本物理学会 第75回年次大会
• [Presentation] キタエフスピン液体候補物質α-RuCl3における磁場中比熱の異方性 (2020)
  • Author(s): 原澤龍平, 田中桜平, 水上雄太, 栗田伸之, 田中秀数, Eun-Gook Moon, 笠原裕一, 松田祐司, 橋本顕一郎, 芝内孝禎
  • Organizer: 日本物理学会 第75回年次大会
• [Presentation] A novel nematic state in heavily hole-doped iron-pnictides (2019)
  • Author(s): Y. Mizukami
  • Organizer: Superstripes 2019
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] 弾性抵抗測定によるネマティック超伝導物質SrxBi2Se3の異方的ゆらぎの評価 (2019)
  • Author(s): 小江悠達, 細井優, 井澤公一, 石田浩祐, 辻井優哉, 水上雄太, 竹田駿, 笹川崇男, M. Hecker, J. Schmalian, 芝内孝禎
  • Organizer: 日本物理学会 2019年秋季大会
• [Presentation] 鉄系超伝導体FeSe1-xTexの温度・圧力・化学置換の三次元電子相図 (2019)
  • Author(s): 向笠清隆, 松浦康平, 杉村優一, 大谷椋, Mingwei Qiu, 水上雄太, 郷地順, 上床美也, 芝内孝禎
  • Organizer: 日本物理学会 2019年秋季大会
• [Presentation] FeSe1-xSx (x = 0.12)の反強磁性相における高圧下77Se-NMR測定 (2019)
  • Author(s): 桑山昂典, 松浦康平, 水上雄太, 笠原成, 松田祐司, 芝内孝禎, 上床美也, 藤原直樹
  • Organizer: 日本物理学会 2019年秋季大会
• [Presentation] FeSe1-xSx(x=0.05,0.12,0.23)の常圧での核磁気共鳴 (2019)
  • Author(s): 中村昂矢, 桑山昂典, 松浦康平, 水上雄太, 笠原成, 松田祐司, 芝内孝禎, 上床美也, 藤原直樹
  • Organizer: 日本物理学会 2019年秋季大会
• [Remarks] 東京大学大学院 新領域創成科学研究科 物質系専攻 凝縮系量子相物理学 研究室
  • URL: http://qpm.k.u-tokyo.ac.jp/index.html
• [Remarks] 個人HP
  • URL: https://sites.google.com/view/yutamizukamipage/home?authuser=0