強相関電子系における電子ネマティック相の解明

2014 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 24244057
• Research Institution: The University of Tokyo
• Principal Investigator: 芝内 孝禎 東京大学, 新領域創成科学研究科, 教授 (00251356)
• Project Period (FY): 2012-04-01 – 2015-03-31
• Keywords: 対称性の破れ / ネマティック秩序 / 磁気トルク / 角度依存性 / 強相関電子系 / 隠れた秩序 / 結晶構造解析 / ネマティック感受率

Outline of Annual Research Achievements

本研究の目的は、近年様々な強相関電子系物質において議論されている、電子状態が結晶の持つ回転対称性を自発的に破った「電子ネマティック」状態について、新し手法を用いて実験的に調べることにより解明を目指すことである。平成25年度までに、磁気トルクの角度依存性における2回対称成分の分解による鉄ニクタイド系超伝導体における4回回転対称性の破れ、および高分解能シンクロトロン放射光結晶構造解析による重い電子系化合物URu2Si2の隠れた秩序相におけるわずかな直方晶歪みの検出などを行ってきた。
平成26年度には、ピエゾ素子を用いた一軸応力の導入による電気抵抗率の弾性応答測定システムを立ち上げ、鉄カルコゲナイド系超伝導体FeSeの測定を行った。その結果、ネマティック感受率がこの系で報告されている正方晶-直方晶構造相転移温度に向かい発散的に増大する結果を得た。さらに、このような増大は磁場中でも変化しないことがわかった。この結果は構造相転移温度以下において電子的に回転対称性を破る軌道秩序が起きている可能性と矛盾しない。さらに、Seの一部を等電荷のSで置換した系で構造相転移を示さない試料について同様の測定を行ったところ、ネマティック感受率が絶対零度に向かい発散的に増大することが明らかとなった。これは、S置換により構造相転移温度が抑制され、その量子臨界性を実現できる可能性を示唆する結果である。
これらの結果により、複数の強相関電子系において、電子集団の液体状態で電子間の相互作用により、非自明な回転対称性を破る状態が実現していることが明らかとなった。本研究により、今後このような電子ネマティック状態の起源を明らかにするに向けての基盤的な情報を提供したと考えられる。

Research Progress Status

26年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

26年度が最終年度であるため、記入しない。

Research Products

• [Journal Article] Fermi surface of IrTe2 in the valence-bond state as determined by quantum oscillations (2015)
  • Author(s): S. F. Blake, M. D. Watson, A. McCollam, S. Kasahara, R. D. Johnson, A. Narayanan, G. L. Pascut, K. Haule, V. Kiryukhin, T. Yamashita, D. Watanabe, T. Shibauchi, Y. Matsuda, and A. I. Coldea,
  • Journal Title: Physical Review B Volume: 91 Pages: 121105
  • DOI: 10.1103/PhysRevB.91.121105
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Emergence of Orbital Nematicity in the Tetragonal Phase of BaFe2(As1-xPx)2 (2015)
  • Author(s): T. Iye, M.-H. Julien, H. Mayaffre, M. Horvatic, C. Berthier, K. Ishida, H. Ikeda, S. Kasahara, T. Shibauchi, and Y. Matsuda,
  • Journal Title: J. Phys. Soc. Jpn. Volume: 84 Pages: 043705
  • DOI: 10.7566/JPSJ.84.043705
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Local Characterization of Superconductivity in BaFe2(As1-xPx)2 (2015)
  • Author(s): Y. Lamhot, A. Yagil, N. Shapira, S. Kasahara, T. Watashige, T. Shibauchi, Y. Matsuda, and O. M. Auslaender,
  • Journal Title: Phys. Rev. B Volume: 91 Pages: 060504
  • DOI: 10.1103/PhysRevB.91.060504
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Structural Origin of the Anomalous Temperature Dependence of the Local Magnetic Moments in the CaFe2As2 Family of Materials (2015)
  • Author(s): L. Ortenzi, H. Gretarsson, S. Kasahara, Y. Matsuda, T. Shibauchi, K. D. Finkelstein, W. Wu, S. R. Julian, Y.-J. Kim, I. I. Mazin, and L. Boeri,
  • Journal Title: Phys. Rev. Lett. Volume: 114 Pages: 047001
  • DOI: 10.1103/PhysRevLett.114.047001
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Colossal Thermomagnetic Response in the Exotic Superconductor URu2Si2 (2015)
  • Author(s): T. Yamashita, Y. Shimoyama, Y. Haga, T. D. Matsuda, E. Yamamoto, Y. Onuki, H. Sumiyoshi, S. Fujimoto, A. Levchenko, T. Shibauchi, and Y. Matsuda,
  • Journal Title: Nat. Phys. Volume: 11 Pages: 17-20
  • DOI: 10.1038/nphys3170
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Anomalous Critical Fields in Quantum Critical Superconductors (2014)
  • Author(s): C. Putzke, P. Walmsley, J. D. Fletcher, L. Malone, D. Vignolles, C. Proust, S. Badoux, P. See, H. E. Beere, D. A. Ritchie, S. Kasahara, Y. Mizukami, T. Shibauchi, Y. Matsuda, and A. Carrington,
  • Journal Title: Nat. Commun. Volume: 5 Pages: 5679
  • DOI: 10.1038/ncomms6679
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Anisotropy of the Superconducting Gap in the Iron-Based Superconductor BaFe2(As1-xPx)2 (2014)
  • Author(s): T. Yoshida, S. Ideta, T. Shimojima, W. Malaeb, K. Shinada, H. Suzuki, I. Nishi, A. Fujimori, K. Ishizaka, S. Shin, Y. Nakashima, H. Anzai, M. Arita, A. Ino, H. Namatame, M. Taniguchi, H. Kumigashira, K. Ono, S. Kasahara, T. Shibauchi, et al.
  • Journal Title: Sci. Rep. Volume: 4 Pages: 7292
  • DOI: 10.1038/srep07292
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Disorder-Induced Topological Change of the Superconducting Gap Structure in Iron Pnictides (2014)
  • Author(s): Y. Mizukami, M. Konczykowski, Y. Kawamoto, S. Kurata, S. Kasahara, K. Hashimoto, V. Mishra, A. Kreisel, Y. Wang, P. J. Hirschfeld, Y. Matsuda, and T. Shibauchi,
  • Journal Title: Nat. Commun. Volume: 5 Pages: 5657
  • DOI: 10.1038/ncomms6657
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Field-Induced Superconducting Phase of FeSe in the BCS-BEC Cross-Over (2014)
  • Author(s): S. Kasahara, T. Watashige, T. Hanaguri, Y. Kohsaka, T. Yamashita, Y. Shimoyama, Y. Mizukami, R. Endo, H. Ikeda, K. Aoyama, T. Terashima, S. Uji, T. Wolf, H. v. Loehneysen, T. Shibauchi, and Y. Matsuda,
  • Journal Title: Proc. Natl. Acad. Sci. USA Volume: 111 Pages: 16309-16313
  • DOI: 10.1073/pnas.1413477111
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Probing the Fermi Surface of the Small-Fermi-Energy Low-Carrier-Density Superconductor FeSe by Shubnikov-de Haas Oscillations (2014)
  • Author(s): T. Terashima, N. Kikugawa, A. Kiswandhi, E.-S. Choi, J. S. Brooks, S. Kasahara, T. Watashige, H. Ikeda, T. Shibauchi, Y. Matsuda, T. Wolf, A. E. Bohmer, F. Hardy, C. Meingast, H. v. Lohneysen, and S. Uji,
  • Journal Title: Phys. Rev. B Volume: 90 Pages: 144517
  • DOI: 10.1103/PhysRevB.90.144517
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] On Infrared Pseudogap in Cuprate and Pnictide High-Temperature Superconductors (2014)
  • Author(s): S. J. Moon, Y. S. Lee, A. A. Schafgans, A. V. Chubukov, S. Kasahara, T. Shibauchi, T. Terashima, Y. Matsuda, M. A. Tanatar, R. Prozorov, A. Thaler, P. C. Canfield, S. L. Bud'ko, A. S. Sefat, D. Mandrus, K. Segawa, Y. Ando, D. N. Basov,
  • Journal Title: Phys. Rev. B Volume: 90 Pages: 014503
  • DOI: 10.1103/PhysRevB.90.014503
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Direct Observation of Lattice Symmetry Breaking at the Hidden-Order Transition in URu2Si2 (2014)
  • Author(s): S. Tonegawa, S. Kasahara, T. Fukuda, K. Sugimoto, N. Yasuda, Y. Tsuruhara, D. Watanabe, Y. Mizukami, Y. Haga, T. D. Matsuda, E. Yamamoto, Y. Onuki, H. Ikeda, Y. Matsuda, and T. Shibauchi,
  • Journal Title: Nat. Commun. Volume: 5 Pages: 4188
  • DOI: 10.1038/ncomms5188
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Controllable Rashba Spin-Orbit Interaction in Artificially Engineered Superlattices Involving Heavy Fermion Superconductor CeCoIn5 (2014)
  • Author(s): M. Shimozawa, S. K. Goh, R. Endo, R. Kobayashi, T. Watashige, Y. Mizukami, H. Ikeda, H. Shishido, Y. Yanase, T. Terashima, T. Shibauchi, and Y. Matsuda,
  • Journal Title: Phys. Rev. Lett. Volume: 112 Pages: 156404
  • DOI: 10.1103/PhysRevLett.112.156404
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Presentation] Quantum criticality and BCS-BEC crossover in iron-based superconductors (2014)
  • Author(s): T. Shibauchi
  • Organizer: KITP Conference on Strong Correlations and Unconventional Superconductivity: Towards a Conceptual Framework
  • Place of Presentation: Santa Barbara, CA, USA
  • Year and Date: 2014-09-22 – 2014-09-26
  • Invited
• [Presentation] URu2Si2の隠れた秩序とエキゾチック超伝導 (2014)
  • Author(s): 芝内孝禎
  • Organizer: 日本物理学会2014年秋季大会 領域8シンポジウム「重い電子系化合物の新展開」
  • Place of Presentation: 中部大学(愛知県春日井市）
  • Year and Date: 2014-09-07 – 2014-09-10
  • Invited
• [Presentation] Quantum criticality in iron pnictide superconductors (2014)
  • Author(s): T. Shibauchi
  • Organizer: 27th International Conference on Low Temperature Physics (LT27)
  • Place of Presentation: Buenos Aires, Argentina
  • Year and Date: 2014-08-06 – 2014-08-13
  • Invited
• [Presentation] 反強磁性量子臨界揺らぎと超伝導 (2014)
  • Author(s): 芝内孝禎
  • Organizer: 東北大金研ワークショップ「多自由度が協奏する分子システムの科学」
  • Place of Presentation: 東北大学金属材料研究所(仙台市）
  • Year and Date: 2014-07-18 – 2014-07-20
  • Invited
• [Presentation] Quantum criticality and unconventional superconductivity in iron-pnictides (2014)
  • Author(s): T. Shibauchi
  • Organizer: ISSP workshop on "New Horizon of Strongly Correlated Physics" (NHSCP2014)
  • Place of Presentation: 東京大学物性研究所(柏市）
  • Year and Date: 2014-06-25 – 2014-06-27
  • Invited
• [Presentation] Symmetry Breaking in the Hidden-Order Phase of URu2Si2 (2014)
  • Author(s): T. Shibauchi
  • Organizer: REIMEI Workshop on "Electronic state of URu2Si2 and related systems"
  • Place of Presentation: 日本原子力研究機構(東海）
  • Year and Date: 2014-06-23 – 2014-06-23
  • Invited
• [Presentation] The Superconducting Order Parameter in Iron-based Superconductors (2014)
  • Author(s): T. Shibauchi
  • Organizer: International Conferences on Modern Materials and Technologies (CIMTEC 2014), 7th International Conference on Science and Engineering of Novel Superconductors
  • Place of Presentation: Montecatini Terme, Italy
  • Year and Date: 2014-06-16 – 2014-06-19
  • Invited
• [Remarks] 超伝導ゆらぎによる巨大熱磁気効果の発見
  • URL: http://www.k.u-tokyo.ac.jp/info/entry/22_entry351/
• [Remarks] 鉄系高温超伝導の発現機構を解く鍵となる電子状態を解明
  • URL: http://www.k.u-tokyo.ac.jp/info/entry/22_entry350/
• [Remarks] 「ボース・アインシュタイン凝縮に最も近い超伝導状態」を発見
  • URL: http://www.k.u-tokyo.ac.jp/info/entry/22_entry344/
• [Remarks] 直接観測された物質物理学の謎「隠れた秩序」
  • URL: http://www.k.u-tokyo.ac.jp/info/entry/22_entry314/