2011 Fiscal Year Annual Research Report
重い電子系におけるスピン軌道相互作用と電子相関効果の絡み合いによる新奇物性の研究
Publicly Offered Research
| Project Area | Emergence of Heavy Electrons and Their Ordering |
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| Project/Area Number |
23102714
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| Research Institution | Kyoto University |
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Principal Investigator |
藤本 聡 京都大学, 理学研究科, 准教授 (10263063)
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| Keywords | 超伝導 / 電子相関 / スピン軌道相互作用 / 強磁性 / トポロジカル絶縁体 |
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| Research Abstract |
本年度は以下の研究を行った。(1)強磁性超伝導体UCoGeにおける超伝導発現機構を微視的に解明した。計画班の石田憲二教授(京大理)のMR実験グループと共同で行った研究により、この系ではイジング的な強磁性スピン揺らぎが媒介する引力によってクーパー対が形成されており、非ユニタリーなスピン3重項超伝導が実現していることが明らかにな弓た。今回の研究成果は、NMR実験のデータからスピン揺らぎをモデル化し、それに基づく微視的計算によって、超伝導物性がよく再現できることを示したものである。これまでにも強磁性と共存する超伝導体は知られており、スピン揺らぎによる超伝導発現の可能性は議論されていたが、直接的な証拠は得られていなかった。今回の研究成果は、スピン揺らぎによるスピン3重項超伝導発現機構を世界で初めて確証した揺るぎないものである。(2)URu2Si2の隠れた秩序が何であるかを解明する研究を行った。母近の実験・理論から示唆されているように、遍歴f電子のバンドのネスティングによって引き起こされる相転移が隠れた秩序状態を生み出している可能性が高い。この描像に基づいた解析と、最近の磁気トルクめ実験結果から、我々はスピン・ネマティック状態が隠れた秩序として実現しているというシナリオを提唱してきた。平均場に基づく解析が、このシナリオがこれまで謎であった多くの中性子実験の結果や、STM等の1電子スペクトルの実験結果をよく説明することを明らかにした。特に中性子実験では、隠れた秩序相で2種類のスピン励起が存在し、その性質、スピン励起エネルギーギャップの違いなどが、どのようなモデルで説明できるのかが、これまで十分に検討されていなかったが、今回の我々の研究によって、1電子スペクトルのギャップの波数空間での異方性が、これらの実験事実を説明する上で重要であることが明らかにされた。それによって、上述のスピン・ネマティク・シナリオが有望であることが示された。(3)スピン軌道相互作用のある強相関電子系におけるトポロジカル絶縁体の実現と、それの電子間相互作用に対する安定性、磁気秩序状態をトポロジカル相との競合、共存について研究を行った。電子相関が強くなるとトポロジカル絶縁体からモット絶縁体への1次転移が起こることが明らかになった。噛また、反強磁性磁気秩序相とトポロジカル絶縁体が共存できる可能性を示唆する結果を得た。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
1: Research has progressed more than it was originally planned.
Reason
交付申請書に記載した3つの研究目的の内、2つ(強磁性超伝導体UCoGeの研究、URu2Si2の隠れた秩序の研究)は当初の計画以上に進展している。他方、交付申請書記載のCeRhSi3,CelrSi3の研究についても、スピン軌道相互作用と量子臨界揺らぎ近傍での強結合効果との絡み合いによるトポロジカル秩序、マヨラナ・フェルミオンの実現の可能性について結果が得られつづあり、今後、研究結果をまとめていく予定である。
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| Strategy for Future Research Activity |
各テーマについて以下のように進めていく。(1)強磁性超伝導体UCoGeについては、ほぼ当初の目的を達成しているが、最近の中性子実験から得られたスピン励起のスペクトルを考慮してより定量的に詳細な解析を進め、本研究を完成させる。(2)URu2Si2の隠れた秩序状態の研究についてはより現実的な多軌道バンドモデルに基づく解析を進める必要があり、今後これを進めていく。また、これまでにも議論されてきたスピン帯磁率の強いイジング異方性が遍歴f-電子の描像でも理解できることをモデル計算で示す。(3)反転対称性のない重い電子系超伝導体CeRhSi3,CeIrSi3におけるトポロジカル秩序、マヨラナ・フニルミオンの実現の可能性についてこれまでの成果をまとめていく。
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Research Products
(12 results)
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[Journal Article] Superconductivity Induced by Longitudinal Ferromagnet ic Fluctuations in UCoGe2012
Author(s)
T.Hattori, Y.Ihara, Y.Nakai, K.Ishida, Y.Tada, S.Fujimoto, N.Kawakami, E.Osaki, K.Deguchi, N.K.Sato, I.Satoh
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Journal Title
Physical Review Letters
Volume: 108
Pages: 066403-1-066403-4
DOI
Peer Reviewed
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