ネルンスト係数測定による強相関電子系の特異な電子状態の研究

• Project/Area Number: 14J01133
• Research Category: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• Allocation Type: Single-year Grants
• Section: 国内
• Research Field: Biological physics/Chemical physics/Soft matter physics
• Research Institution: Kyoto University
• Principal Investigator: 山下 卓也 京都大学, 理学研究科, 特別研究員(DC1)
• Project Period (FY): 2014-04-25 – 2017-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2016)
• Budget Amount: ¥3,000,000 (Direct Cost: ¥3,000,000); Fiscal Year 2016: ¥900,000 (Direct Cost: ¥900,000); Fiscal Year 2015: ¥1,000,000 (Direct Cost: ¥1,000,000); Fiscal Year 2014: ¥1,100,000 (Direct Cost: ¥1,100,000)
• Keywords: 熱伝導 / 強相関電子系 / 重い電子系 / 超伝導 / 幾何学的フラストレーション / 物性実験 / 熱電係数

Outline of Annual Research Achievements

前年度に引き続き、重い電子系超伝導体CeCu2Si2の超伝導対称性の研究を行った。CeCu2Si2の超伝導は反強磁性量子臨界点近傍で発現することから、スピン揺らぎを媒介とした対形成を行うと考えられており、長らく異方的d波超伝導体であると考えられてきた。しかし我々は最近、重いフェルミ面からの準粒子励起に敏感なプローブである比熱測定、軽いフェルミ面からの準粒子励起に敏感なプローブである熱伝導率測定と磁場侵入長測定(東大グループによる共同研究)を行った結果、これまでとは一転、いかなるフェルミ面においてもノードが存在しないフルギャップ超伝導であることを明らかにした。さらに同一試料における不純物効果の実験から、CeCu2Si2の超伝導はギャップ関数に符号反転のある超伝導体と比べて非常に強いことがわかった。以上より、我々はCeCu2Si2がフルギャップのs++波超伝導であることを明らかにした。このことは強いクーロン斥力にも関わらずオンサイトで対形成することを意味しており、これまでの非従来型超伝導に対する理解を覆す結果となった。
また我々は、量子スピン液体Pr2Zr2O7の研究も行った。この系では局所容易磁化軸方向のスピン反転が分化して出来た磁気単極子励起、局所容易磁化軸に垂直な方向のスピンの量子揺らぎに起因する電気単極子励起に加え、それらを媒介するゲージ場の揺らぎであるemergent photon励起が発生すると理論的に提唱されている。しかしながら、後の２つの励起に関しては未だ実験的な研究結果は報告されていない。そこで我々はこの系の素励起を調べるため、低エネルギーの準粒子励起に敏感な熱伝導率測定を行った。その結果、熱伝導率の温度依存性が特徴的な振舞いを示す三つの温度領域があることがわかった。各温度領域での磁場依存性の結果も踏まえ、我々は上記三種類の準粒子励起を各々観測したと考える。

Research Progress Status

28年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

28年度が最終年度であるため、記入しない。

Research Products

• [Journal Article] Quasiparticle Excitations in the Superconducting State of FeSe Probed by Thermal Hall Conductivity in the Vicinity of the BCS-BEC Crossover (2017)
  • Author(s): T. Watashige, S. Arsenijevic, T. Yamashita, D. Terazawa, T. Onishi, L. Opherden, S. Kasahara, Y. Tokiwa, Y. Kasahara, T. Shibauchi, H. v. Lohneysen, J. Wosnitza, and Y. Matsuda,
  • Journal Title: J. Phys. Soc. Jpn. Volume: 86 Issue: 1 Pages: 014707-014707
  • DOI: 10.7566/jpsj.86.014707
  • NAID: 40021057689
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Giant superconducting fluctuations in the compensated semimetal FeSe at the BCS-BEC crossover (2016)
  • Author(s): S. Kasahara, T. Yamashita, A. Shi, R. Kobayashi, Y. Shimoyama, T. Watashige, K. Ishida, T. Terashima, T Wolf, F. Hardy, C. Meingast, H. v. Lohneysen, A. Levchenko, T. Shibauchi and Y. Matsuda
  • Journal Title: Nature Communications Volume: 7 Issue: 1 Pages: 12843-12843
  • DOI: 10.1038/ncomms12843
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Conventional s-Wave Superconductivity in BiS2-Based NdO0.71F0.29BiS2 Revealed by Thermal Transport Measurements (2016)
  • Author(s): T. Yamashita, Y. Tokiwa, D. Terazawa, M. Nagao, S. Watauchi, I. Tanaka, T. Terashima, Y. Matsuda
  • Journal Title: Journal of Physical Society of Japan Volume: 85 Issue: 7 Pages: 073707-073707
  • DOI: 10.7566/jpsj.85.073707
  • NAID: 210000133992
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Possible observation of highly itinerant quantum magnetic monopoles in the frustrated pyrochlore Yb2Ti2O7 (2016)
  • Author(s): Y. Tokiwa,T. Yamashita, M. Udagawa, S. Kittaka, T. Sakakibara, D. Terazawa, Y. Shimoyama, T. Terashima, Y. Yasui, T. Shibauchi, Y. Matsuda
  • Journal Title: Nature Communications Volume: 7 Issue: 1 Pages: 10807-10807
  • DOI: 10.1038/ncomms10807
  • NAID: 120005743654
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Dichotomy between the Hole and Electrons Behavior in the Multiband FeSe Probed by Ultra High Magnetic Fields (2015)
  • Author(s): M. D. Watson, T. Yamashita, S. Kasahara, W. Knafo, M. Nardone, J. Beard, F. Hardy, A. McCollam, A. Narayanan, S. F. Blake, T. Wolf, A. A. Haghighirad, C. Meingast, A. J. Schofield, H. von Lohneysen, Y. Matsuda, A. I. Coldea, and T. Shibauchi
  • Journal Title: Phys. Rev. Lett. Volume: 115 Issue: 2 Pages: 027006-027006
  • DOI: 10.1103/physrevlett.115.027006
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research / Acknowledgement Compliant
• [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: Nature Physics Volume: 11 Issue: 1 Pages: 17-20
  • DOI: 10.1038/nphys3170
  • Peer Reviewed
• [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, A. I. Coldea
  • Journal Title: Physical Review B Volume: 91 Issue: 12 Pages: 121105-121105
  • DOI: 10.1103/physrevb.91.121105
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Field-Induced Superconducting Phase of FeSe in the BCS-BEC Crossover (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, Y. Matsuda
  • Journal Title: Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America Volume: 111 Issue: 46 Pages: 16309-16313
  • DOI: 10.1073/pnas.1413477111
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Presentation] 熱伝導率測定からみたNdO0.71F0.29BiS2の超伝導ギャップ構造 (2015)
  • Author(s): 山下卓也
  • Organizer: 日本物理学会 2015年秋季大会
  • Place of Presentation: 関西大学
  • Year and Date: 2015-09-16
• [Presentation] 極低温熱伝導率測定による量子スピン液体Pr2Zr2O7の素励起の研究 (2015)
  • Author(s): 山下卓也
  • Organizer: 日本物理学会 2015年秋季大会
  • Place of Presentation: 関西大学
  • Year and Date: 2015-09-16
• [Presentation] 量子スピンアイスYb2Ti2O7における磁気単極子の熱伝導 (2015)
  • Author(s): 山下卓也
  • Organizer: 日本物理学会第70回年次大会
  • Place of Presentation: 早稲田大学
  • Year and Date: 2015-03-21 – 2015-03-24
• [Presentation] Coherent heat conduction of quantum monopoles in Yb2Ti2O7 (2015)
  • Author(s): Takuya Yamashita
  • Organizer: APS March Meeting 2015
  • Place of Presentation: San Antonio, Texas
  • Year and Date: 2015-03-02 – 2015-03-06
• [Presentation] URu2Si2におけるカイラル超伝導 (2014)
  • Author(s): 山下卓也
  • Organizer: 京都大学基礎物理学研究所研究会「多自由度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
  • Year and Date: 2014-10-21 – 2014-10-22
• [Presentation] 熱磁気効果によるURu2Si2における超伝導揺らぎの研究 (2014)
  • Author(s): 山下卓也
  • Organizer: 日本物理学会秋季大会
  • Place of Presentation: 中部大学
  • Year and Date: 2014-09-07 – 2014-09-10
• [Remarks] 京都大学プレスリリース「超伝導ゆらぎによる巨大熱磁気効果の発見」
  • URL: http://www.kyoto-u.ac.jp/ja/research/research_results/2014/141202_1.html