第一原理計算によるスピン軌道相互作用と電子相関の織りなす物性予測

2014 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 24540369
• Research Institution: Ritsumeikan University
• Principal Investigator: 池田 浩章 立命館大学, 理工学部, 教授 (90311737)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 鈴木 通人 独立行政法人・理化学研究所, 創発物性科学研究センター, 研究員 (10596547) ; 有田 亮太郎 独立行政法人・理化学研究所, 創発物性科学研究センター, チームリーダー (80332592)
• Project Period (FY): 2012-04-01 – 2015-03-31
• Keywords: 重い電子系超伝導 / 隠れた秩序 / 第一原理計算 / 多極子秩序

Outline of Annual Research Achievements

重い電子系化合物は，スピンと軌道が絡み合った多自由度系であり，その強い電子間相互作用によって新奇な秩序状態が出現する舞台となっているが，これまで，その複雑な電子構造を読み解いて，個々の物質の多様な物性を理解する事はほぼ不可能であると考えられてきた。しかし、当該グループの開発した方法論によれば，相対論的第一原理計算から低エネルギー有効模型を構築することができ，さらに，動的平均場近似や揺らぎ交換近似などの量子多体計算と組み合わせることで，その複雑な電子状態を読み解くことが可能になってきている。本研究プロジェクトにおいては，この方法論を発展させ，いくつかの重い電子系化合物に適用することで，これまでの謎を解決に導く糸口を得るとともに，非BCS超伝導に関する新たな知見を得ることができた。主たる研究成果として以下の５点が挙げられる。
1. URu2Si2の遍歴的側面を明らかにし，隠れた秩序がE-対称性をもつ32極子である可能性，2. 初めてのd波超伝導体と考えられてきたCeCu2Si2の超伝導ギャップ関数が実はs±波である可能性が高いこと，3. CeCoIn5の反強磁性的揺らぎの構造を理解する上で，重い電子状態の形成機構が重要となること，4. スピン三重項超伝導体の代表例であるUPt3の超伝導ギャップ構造，5. その他，実験グループとの共同研究によって，鉄系超伝導体における量子臨界点の存在や軌道秩序の可能性などを議論した。いずれの研究も世界に先行した研究成果であり，今後のさらなる展開に興味がもたれる。

Research Products

• [Journal Article] Emergence of Orbital Nematicity in the Tetragonal Phase of BaFe2(As1-xPx)2 (2015)
  • Author(s): Tetsuya Iye, Marc-Henri Julien, Hadrien Mayaffre, Mladen Horvatic, Claude Berthier, Kenji Ishida, Hiroaki Ikeda, Shigeru Kasahara, Takasada Shibauchi, Yuji Matsuda
  • Journal Title: J. Phys. Soc. Jpn. Volume: 84 Pages: 043705
  • DOI: 10.7566/JPSJ.84.043705
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Emergent Loop-Nodal s±-Wave Superconductivity in CeCu2Si2: Similarities to the Iron-Based Superconductors (2015)
  • Author(s): H. Ikeda, M.T. Suzuki, R. Arita
  • Journal Title: Phys. Rev. Lett. Volume: 114 Pages: 147003
  • DOI: 10.1103/PhysRevLett.114.147003
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Pseudogap formation above the superconducting dome in iron pnictides (2014)
  • Author(s): T. Shimojima, T. Sonobe, W. Malaeb, and H. Ikeda, et al.
  • Journal Title: Phys. Rev. B Volume: 89 Pages: 045101
  • DOI: 10.1103/PhysRevB.89.045101
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Multiband Superconductivity with Unexpected Deficiency of Nodal Quasiparticles in CeCu2Si2 (2014)
  • Author(s): Shunichiro Kittaka, Yuya Aoki, Yasuyuki Shimura, Toshiro Sakakibara, Silvia Seiro, Christoph Geibel, Frank Steglich, Hiroaki Ikeda, and Kazushige Machida
  • Journal Title: Phys. Rev. Lett. Volume: 112 Pages: 067002
  • DOI: 10.1103/PhysRevLett.112.067002
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Controllable Rashba Spin-Orbit Interaction in Artificially Engineered Superlattices Involving the 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
• [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, T. Shibauchi
  • Journal Title: Nature Commun. Volume: 5 Pages: 4188
  • DOI: 10.1038/ncomms5188
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Multipole fluctuations of itinerant f electrons and triakontadipole order in URu2Si2 (2014)
  • Author(s): H. Ikeda, M.T. Suzuki, R. Arita, T. Takimoto
  • Journal Title: Comptes Rendus Physique Volume: 15 Pages: 587-598
  • DOI: 10.1016/j.crhy.2014.07.002
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Fermi surface evolution and d-wave superconductivity in CeCoIn5: Analysis based on LDA plus DMFT method (2014)
  • Author(s): Takuya Nomoto, Hiroaki Ikeda
  • Journal Title: Phys. Rev. B Volume: 90 Pages: 125147
  • DOI: 10.1103/PhysRevB.90.125147
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Lifting of xz/yz orbital degeneracy at the structural transition in detwinned FeSe (2014)
  • Author(s): T. Shimojima, Y. Suzuki, T. Sonobe, and H. Ikeda, et al.
  • Journal Title: Phys. Rev. B Volume: 90 Pages: 121111(R)
  • DOI: 10.1103/PhysRevB.90.121111
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Anomalous Fermi surface in FeSe seen by Shubnikov-de Haas oscillation measurements (2014)
  • Author(s): Taichi Terashima, N. Kikugawa, and H. Ikeda, et al.
  • Journal Title: Phys. Rev. B Volume: 90 Pages: 144517
  • DOI: 10.1103/PhysRevB.90.144517
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Multipole order and global/site symmetry in the hidden-order phase of URu2Si2 (2014)
  • Author(s): M.T. Suzuki, H. Ikeda
  • Journal Title: Phys. Rev. B Volume: 90 Pages: 184407
  • DOI: 10.1103/PhysRevB.90.184407
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Field-induced superconducting phase of FeSe in the BCS-BEC cross-over (2014)
  • Author(s): Shigeru Kasahara, Tatsuya Watashige, Tetsuo Hanaguri, and Hiroaki Ikeda, et al.
  • Journal Title: Proc. Natl Acad. Sci. Volume: 111 Pages: 16309-16313
  • DOI: 10.1073/pnas.1413477111
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Broken symmetries in URu2Si2 (2014)
  • Author(s): T. Shibauchi, H. Ikeda, Y. Matsuda
  • Journal Title: Phil. Mag. Volume: 94 Pages: 3747-3759
  • DOI: 10.1080/14786435.2014.887861
  • 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, and H. Ikeda, et al.
  • Journal Title: Sci. Rep. Volume: 4 Pages: 7292
  • DOI: 10.1038/srep07292
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Presentation] First-principles approach to heavy-fermion superconductors (2014)
  • Author(s): Hiroaki Ikeda
  • Organizer: Novel Quantum States in Condensed Matter 2014
  • Place of Presentation: YITP, 京都府京都市
  • Year and Date: 2014-11-26 – 2014-11-26
• [Presentation] CeCu2Si2の超伝導ギャップ対称性 --- 鉄系との類似性について --- (2014)
  • Author(s): 池田浩章
  • Organizer: 基研研究会「多自由度電子状態と電子相関が生み出す新奇超伝導の物理」
  • Place of Presentation: 京都大学 基礎物理学研究所, 京都府京都市
  • Year and Date: 2014-10-22 – 2014-10-22
  • Invited
• [Presentation] Multipole order/fluctuations of itinerant f-electrons in URu2Si2 and CeCu2Si2 (2014)
  • Author(s): Hiroaki Ikeda
  • Organizer: International Conference on Strongly Correlated Electron Systems
  • Place of Presentation: Grenoble, France
  • Year and Date: 2014-07-09 – 2014-07-09
  • Invited