マイクロ波による重い電子系超伝導体の研究

2010 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 21340099
• Research Institution: Kyoto University
• Principal Investigator: 芝内 孝禎 京都大学, 理学研究科, 准教授 (00251356)
• Keywords: 重い電子系 / サイクロトロン共鳴 / 有効質量 / フェルミ面 / 隠れた秩序 / ネマティック状態 / 磁場侵入長 / 超伝導ギャップ構造

Research Abstract

本研究では、強相関電子系超伝導体の純良単結晶を用いて、マイクロ波領域の高周波測定により、サイクロトロン共鳴の観測や、準粒子低エネルギー励起の研究を通して、超伝導体の電子状態を明らかにすることを目的としている。
平成22年度においては、以前の0.4Kまでの測定系に加えて、より低温の0.08Kまでの測定が可能な極低温トンネルダイオード発振器を用いた超伝導体磁場侵入長の超精密測定システムの開発に成功した。具体的には、数10 MHzの周波数領域での発振回路のコイル部分に試料を挿入することで、コイルのインダクタンスの変化を発振周波数の変化量として測定しており、発振回路およびコイルの温度を精密に制御し、試料のみを温度変化させることで、1オングストローム以下の磁場侵入長の変化を測定可能となった。これを用いて重い電子系や鉄系高温超伝導体の超伝導ギャップ構造にゼロ点があるかないかを微小単結晶試料で判定可能となる。今後これを用いた磁場侵入長の詳細実験を予定している。
また、並行して、重い電子系超伝導体URu2Si2の磁気トルク測定により面内異方性を調べたところ、17.5Kの「隠れた秩序」相転移温度以下で、結晶構造からは期待されない2回対称成分が出現することを明らかにした。この結果は25年にわたり謎とされてきたこの秩序相での対称性の破れが、回転対称性の破れであることを明確に示すもので、この秩序相の理解に大きな進展を与えるものである。さらに、マイクロ波空洞共振器を用いてURu2Si2のサイクロトロン共鳴の詳細測定を行った。その結果、[100]方向から[110]方向へ磁場を回転させると、サイクロトロン質量が分裂することが明らかになった。これはこの系の隠れた秩序相において、電子状態が回転対称性を破るネマティック状態となっていることを示す結果であり、トルク測定を裏付ける重要な結果であると考えられる。

Research Products

• [Journal Article] Rotational Symmetry Breaking in the Hidden-Order Phase of URu2Si2 (2011)
  • Author(s): R. Okazaki, T. Shibauchi, H. J. Shi, Y. Haga, T. D. Matsuda, E. Yamamoto, Y. Onuki, H. Ikeda, and Y. Matsuda
  • Journal Title: Science Volume: 331 Pages: 439-442
  • DOI: DOI:10.1126/science.1197358
• [Journal Article] Abrupt Recovery of Fermi-Liquid Transport Following the Collapse of the c Axis in CaFe2(As1-xPx)2 Single Crystals (2011)
  • Author(s): S.Kasahara, T.Shibauchi, K.Hashimoto, Y.Nakai, H.Ikeda, T.Terashima, Y.Matsuda
  • Journal Title: Phys.Rev.B Volume: 83 Pages: 060505(R)
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Two-Dimensional and Three-Dimensional Fermi Surfaces of Superconducting BaFe2(As1-xPx)2 and Their Nesting Properties Revealed by Angle-Resolved Photoemission Spectroscopy (2011)
  • Author(s): T.Yoshida, I.Nishi, S.Ideta, A.Fujimori, M.Kubota, K.Ono, S.Kasahara, T.Shibauchi, T.Terashima, Y.Matsuda, H.Ikeda, R.Arita
  • Journal Title: Phys.Rev.Lett. Volume: 106 Pages: 117001
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Highly Mobile Gapless Excitations in a Two-Dimensional Canditate Quantum Spin Liquid (2010)
  • Author(s): M. Yamashita, N. Nakata, Y. Senshu, M. Nagata, H. M. Yamamoto, R. Kato, T. Shibauchi, and Y. Matsuda
  • Journal Title: Science Volume: 328 Pages: 1246-1248
  • DOI: DOI:10.1126/science.1188200
• [Journal Article] Flux Pinning in PrFeAsO0.9 and NdFeAsO0.9F0.1 Superconducting Crystals (2010)
  • Author(s): C.J.van der Beek, G.Rizza, M.Konczykowski, P.Fertey, I.Monnet, T.Klein, R.Okazaki, M.Ishikado, H.Kito, A.Iyo, H.Eisaki, S.Shamoto, M.E.Tillman, S.L.Bud'ko, P.C.Canfield, T.Shibauchi, Y.Matsuda
  • Journal Title: Phys.Rev.B Volume: 81 Pages: 174517
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Evolution from Non-Fermi to Fermi-Liquid Transport via Isovalent Doping in BaFe_2 (As_ <1-x> Px) _2 Superconductors (2010)
  • Author(s): S.Kasahara, T.Shibauchi, K.Hashimoto, K.Ikada, S.Tonegawa, H.Ikeda, H.Takeya, K.Hirata, T.Terashima, Y.Matsuda
  • Journal Title: Phys.Rev.B Volume: 81 Pages: 184519
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Line Nodes in the Energy Gap of Superconducting BaFe2(As1-xPx)2 Single Crystals as Seen via Penetration Depth and Thermal Conductivity (2010)
  • Author(s): K.Hashimoto, M.Yamashita, S.Kasahara, Y.Senshu, N.Nakata, S.Tonegawa, K.Ikada, A.Serafin, A.Carrington, T.Terashima, H.Ikeda, T.Shibauchi, Y.Matsuda
  • Journal Title: Phys.Rev.B Volume: 81 Pages: 220501(R)
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Specific Heat vs Field in the 30 K Superconductor BaFe2(As0.7P0.3)2 (2010)
  • Author(s): J.S.Kim, P.J.Hirschfeld, G.R.Stewart, S.Kasahara, T.Shibauchi, T.Terashima, Y.Matsuda
  • Journal Title: Phys.Rev.B Volume: 81 Pages: 214507
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Evidence for Superconducting Gap Nodes in the Zone-Centered Hole Bands of KFe2As2 from Magnetic Penetration-Depth Measurements (2010)
  • Author(s): K.Hashimoto, A.Serafin, S.Tonegawa, R.Katsumata, R.Okazaki, T.Saito, H.Fukazawa, Y.Kohori, K.Kihou, C.H.Lee, A.Iyo, H.Eisaki, H.Ikeda, Y.Matsuda, A.Carrington, T.Shibauchi
  • Journal Title: Phys.Rev.B Volume: 82 Pages: 014526
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Anomalous Temperature Dependence of Lower Critical Field in Ultraclean URu2Si2 (2010)
  • Author(s): R.Okazaki, M.Shimozawa, H, Shishido, M.Konczykowski, Y.Haga, T.D.Matsuda, Y.Onuki, Y.Yanase, T.Shibauchi, Y.Matsuda
  • Journal Title: J.Phys.Soc.Jpn. Volume: 79 Pages: 084705
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Anisotropic Superconducting Properties of Optimally Doped BaFe2(As0.65P0.35)2 under Pressure (2010)
  • Author(s): S.K.Goh, Y.Nakai, K.Ishida, L.E.Klintberg, Y.Ihara, S.Kasahara, T.Shibauchi, Y.Matsuda, T.Terashima
  • Journal Title: Phys.Rev.B Volume: 82 Pages: 094502
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Unconventional Superconductivity and Antiferromagnetic Quantum Critical Behavior in the Isovalent-Doped BaFe_2(As_<1-x>Px)_2 (2010)
  • Author(s): Y.Nakai, T.Iye, S.Kitagawa, K.Ishida, H.Ikeda, S.Kasahara, H.Shishido, T.Shibauchi, Y.Matsuda, T.Terashima
  • Journal Title: Phys.Rev.Lett. Volume: 105 Pages: 107003
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Interlayer Magnetotransport in the Overdoped Cuprate T12 Ba2CuO6+x: Quantum Critical Point and Its Downslide in an Applied Magnetic Field (2010)
  • Author(s): L.Krusin-Elbaum, T.Shibauchi, Y.Kasahara, R.Okazaki, Y.Matsuda, R.D.McDonald, C.H.Mielke, M.Hasegawa
  • Journal Title: Phys.Rev.B Volume: 82 Pages: 144530
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Chemical Pressure and Physical Pressure in BaFe2(As1-xPx)2 (2010)
  • Author(s): L.E.Klintberg, S.K.Goh, S.Kasahara, Y.Nakai, K.Ishida, M.Sutherland, T.Shibauchi, Y.Matsuda, T.Terashima
  • Journal Title: J.Phys.Soc.Jpn. Volume: 79 Pages: 123706
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Quasiparticle Scattering Induced by Charge Doping of Iron-Pnictide Superconductors Probed by Collective Vortex Pinning (2010)
  • Author(s): C.J.van der Beek, M.Konczykowski, S.Kasahara, T.Terashima, R.Okazaki, T.Shibauchi, Y.Matsuda
  • Journal Title: Phys.Rev.Lett. Volume: 105 Pages: 267002
  • Peer Reviewed
• [Presentation] Broken Rotational Symmetry in the Hidden Order Phase of URu2Si2 (2011)
  • Author(s): 芝内孝禎
  • Organizer: APS March Meeting 2011
  • Place of Presentation: ダラス(USA)(招待講演)
  • Year and Date: 2011-03-22
• [Presentation] Non-fermi liquid transport properties and non-universal gap structure in iron-based superconductors (2010)
  • Author(s): 芝内孝禎
  • Organizer: Physical Phenomena at High Magnetice Fields (PPHMF-VII)
  • Place of Presentation: タラハシー(USA)(招待講演)
  • Year and Date: 2010-12-06
• [Presentation] Broken Rotational Symmetry in the Hidden Order Phase of URu2Si2 (2010)
  • Author(s): 芝内孝禎
  • Organizer: Plutonium Futures-The Science 2010 (Pu2010)
  • Place of Presentation: キーストーン(USA)
  • Year and Date: 2010-09-22
• [Presentation] Cyclotron resonance in URu2Si2 (2010)
  • Author(s): 芝内孝禎
  • Organizer: International Conference on Heavy Electrons 2010
  • Place of Presentation: 首都大学東京(八王子市)
  • Year and Date: 2010-09-19
• [Presentation] Non-fermi liquid transport properties and non-universal gap structure in iron-pnictide High-Tc superconductors (2010)
  • Author(s): 芝内孝禎
  • Organizer: International Conference on Superconductivity and Magnetism(ICSM2010)
  • Place of Presentation: アンタルヤ(トルコ)(招待講演)
  • Year and Date: 2010-04-27
• [Remarks]
  • URL: http://kotai2.scphys.kvoto-u.ac.jp/index.php