精密比熱測定による量子臨界点近傍の超伝導異常物性の研究

2014 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 25610096
• 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): 2013-04-01 – 2015-03-31
• Keywords: 低温物性測定 / 比熱 / 超伝導 / 上部臨界磁場 / ギャップ構造 / 鉄系超伝導 / 準粒子励起 / 異方的超伝導

Outline of Annual Research Achievements

本研究では、絶対零度で起こる相転移である量子相転移近傍においてしばしば出現する非従来型超伝導に焦点を当て、絶対零度付近で増強された量子ゆらぎが超伝導状態にどのように影響するかを明らかにすることを目的としている。我々は量子臨界点の存在が様々な測定から明らかとなっている鉄系高温超伝導体BaFe2(As,P)2の純良単結晶試料において、低温磁場中の準粒子励起を比熱の精密測定により調べた。
平成26年度は、英国ブリストル大学と共同で、様々な組成の試料を用いて比熱の温度依存性、磁場依存性、磁場角度依存性の測定を行い、低エネルギー準粒子励起の様子からギャップ構造の情報を得ることに成功した。その結果、広い置換範囲において、超伝導ギャップにゼロ点(ノード)が存在する非従来型異方的超伝導状態にあることがわかった。
これと並行して、フランスのエコールポリテクニークと共同で、電子線照射により不純物散乱を導入した試料を用いて、電気抵抗測定および磁気測定により電子状態相図が乱れによりどのように変化するかを明らかにする実験を行った。その結果、不純物散乱の増加に伴い、低置換領域では反強磁性および構造相転移温度が低下し、超伝導転移温度はわずかに上昇する傾向が観測された。高置換領域では超伝導転移温度は単調に減少した。これらの結果を合わせると、乱れの導入により、超伝導転移温度が一様に抑制される効果に加えて、温度-置換相図上において反強磁性相が抑制されるとともに量子臨界点がより低置換側に移動し、それとともに超伝導ドームも同様にシフトすることが強く示唆される。このことは、この系において、量子臨界性と超伝導が密接な関係を持つことを意味しており、量子臨界点付近で増大した量子揺らぎが超伝導転移温度を上げるのに役立っている可能性を示す重要な結果であると考えられる。

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: 111 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/