Electronic nematic phase and unconventional superconductivity in strong correlated systems

• Project/Area Number: 18J22138
• Research Category: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• Allocation Type: Single-year Grants
• Section: 国内
• Research Field: Condensed matter physics II
• Research Institution: Kyoto University
• Research Fellow: 佐藤 雄貴 京都大学, 理学研究科, 特別研究員(DC1)
• Project Period (FY): 2018-04-25 – 2021-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2020)
• Budget Amount: ¥2,500,000 (Direct Cost: ¥2,500,000); Fiscal Year 2020: ¥800,000 (Direct Cost: ¥800,000); Fiscal Year 2019: ¥800,000 (Direct Cost: ¥800,000); Fiscal Year 2018: ¥900,000 (Direct Cost: ¥900,000)
• Keywords: 超伝導 / FFLO / 電子ネマティック / 近藤絶縁体 / 熱伝導率 / 比熱 / 中性フェルミオン / 電子ネマティック相 / 量子臨界点 / 非フェルミ液体 / 強相関電子系 / 近藤効果 / トポロジカル絶縁体 / 価数揺動 / 低温物性 / 熱伝導 / パルス高磁場

Outline of Annual Research Achievements

当該年度は以下の研究実績を得た。
(1)最高磁場17 T、最低温度0.5 Kまで測定可能な比熱測定システムを立ち上げ、鉄系超伝導体FeSeの比熱を面間磁場下において詳細に測定し、低温高磁場領域において相転移が起こっている熱力学的な証拠を得た。さらに同一の単結晶試料では、STM/STS測定によって試料表面で超伝導のシグナルが臨界磁場よりも低磁場で破壊されていることが観測されており、表面とバルクで異なる超伝導秩序変数が実現していることが示唆される。これらの結果は、FeSeの低温高磁場相においてFFLO状態が実現している強い証拠を与えている。
(2)最近新しく発見された近藤絶縁体YbIr3Si7について、その低エネルギー励起を詳細に調べた。初年度に研究を進めていた近藤絶縁体YbB12が非磁性であったのに対して、YbIr3Si7はネール温度4 K以下で反強磁性秩序を形成し、さらに2.5 T程度の磁場を印加することで別の反強磁性相へと相転移を起こす。熱伝導率を0.1 K程度まで測定した結果、低磁場域ではフェルミオン励起の寄与を与える有限の残留熱伝導率が観測され、この値が荷電粒子について成立するWiedemann-Franzの法則では説明できないほど大きな値をとることが明らかになった。このことは中性フェルミオン励起による熱的金属状態が、近藤絶縁体の多くの系で広く存在していることを示唆している。さらに高磁場の反強磁性相では熱伝導率が急激に0に向かう様子が観測され、熱的絶縁相が実現していることが分かった。本成果は、中性フェルミオンが系の磁性と密接に関係しているという新しい知見を与えるものである。

Research Progress Status

令和2年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

令和2年度が最終年度であるため、記入しない。

Research Products

• [Int'l Joint Research] Radboud University(オランダ)
• [Int'l Joint Research] University of Bristol(英国)
• [Int'l Joint Research] Technische Universitat Dresden(ドイツ)
• [Int'l Joint Research] University of California, Berkeley/University of Michigan/Los Alamos National Laboratory(米国)
• [Int'l Joint Research] Radbound University(オランダ)
• [Int'l Joint Research] Universite Chretienne Bilingue du Congo(コンゴ共和国)
• [Int'l Joint Research] Nanjing University(中国)
• [Int'l Joint Research] University of Oxford(英国)
• [Journal Article] Quantum Oscillations and Charge Neutral Fermions in Kondo Insulators (2021)
  • Author(s): 佐藤 雄貴、笠原 裕一、伊賀 文俊、松田 祐司
  • Journal Title: Butsuri Volume: 76 Issue: 2 Pages: 87-92
  • DOI: 10.11316/butsuri.76.2_87
  • NAID: 130007981337
  • ISSN: 0029-0181, 2423-8872
  • Year and Date: 2021-02-05
• [Journal Article] Bond Directional Anapole Order in a Spin-Orbit Coupled Mott Insulator Sr2(Ir1-xRhx)O4 (2021)
  • Author(s): H. Murayama, K. Ishida, R. Kurihara, T. Ono, Y. Sato, Y. Kasahara, H. Watanabe, Y. Yanase, G. Cao, Y. Mizukami, T. Shibauchi, Y. Matsuda, and S. Kasahara
  • Journal Title: Phys. Rev. X Volume: 11 Issue: 1 Pages: 011021-011021
  • DOI: 10.1103/physrevx.11.011021
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Unusual high-field metal in a Kondo insulator (2021)
  • Author(s): Xiang Z.、Chen L.、Chen K.-W.、Tinsman C.、Sato Y.、Asaba T.、Lu H.、Kasahara Y.、Jaime M.、Balakirev F.、Iga F.、Matsuda Y.、Singleton J.、Li L.
  • Journal Title: Nature Physics Volume: -
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Non-Fermi Liquid Transport in the Vicinity of the Nematic Quantum Critical Point of Superconducting FeSe1-xSx (2020)
  • Author(s): W. K. Huang, S. Hosoi, M. Culo, S. Kasahara, Y. Sato, K. Matsuura, Y. Mizukami, M. Berben, N. E. Hussey, H. Kontani, T. Shibauchi, and Y. Matsuda
  • Journal Title: Phys. Rev. Res. Volume: 2 Issue: 3 Pages: 033367-033367
  • DOI: 10.1103/physrevresearch.2.033367
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Presence and absence of itinerant gapless excitations in the quantum spin liquid candidate EtMe3Sb[Pd(dmit)2]2 (2020)
  • Author(s): Yamashita M.、Sato Y.、Tominaga T.、Kasahara Y.、Kasahara S.、Cui H.、Kato R.、Shibauchi T.、Matsuda Y.
  • Journal Title: Physical Review B Volume: 101 Issue: 14 Pages: 140407-140407
  • DOI: 10.1103/physrevb.101.140407
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Evidence for an FFLO State with Segmented Vortices in the BCS-BEC-Crossover Superconductor FeSe (2020)
  • Author(s): S. Kasahara, Y. Sato, S. Licciardello, M. Culo, S. Arsenijevic, T. Ottenbros, T. Tominaga, J. Boker, I. Eremin, T. Shibauchi, J. Wosnitza, N. E. Hussey, and Y. Matsuda,
  • Journal Title: Phys. Rev. Lett. Volume: 124 Issue: 10 Pages: 107001-107001
  • DOI: 10.1103/physrevlett.124.107001
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Effect of quenched disorder on the quantum spin liquid state of the triangular-lattice antiferromagnet 1T?TaS2 (2020)
  • Author(s): Murayama H.、Sato Y.、Taniguchi T.、Kurihara R.、Xing X. Z.、Huang W.、Kasahara S.、Kasahara Y.、Kimchi I.、Yoshida M.、Iwasa Y.、Mizukami Y.、Shibauchi T.、Konczykowski M.、Matsuda Y.
  • Journal Title: Physical Review Research Volume: 2 Issue: 1 Pages: 013099-013099
  • DOI: 10.1103/physrevresearch.2.013099
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Quantum oscillations of electrical resistivity in an insulator (2018)
  • Author(s): Xiang Z.、Kasahara Y.、Asaba T.、Lawson B.、Tinsman C.、Chen Lu、Sugimoto K.、Kawaguchi S.、Sato Y.、Li G.、Yao S.、Chen Y. L.、Iga F.、Singleton John、Matsuda Y.、Li Lu
  • Journal Title: Science Volume: 362 Issue: 6410 Pages: 65-69
  • DOI: 10.1126/science.aap9607
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Presentation] 近藤絶縁体YbIr3Si7における中性フェルミオンと その磁場誘起不安定性 (2021)
  • Author(s): 佐藤雄貴
  • Organizer: 日本物理学会
• [Presentation] Gapless neutral fermions in insulating YbIr3Si7 revealed by specific heat and thermal conductivity (2021)
  • Author(s): Yuki Sato
  • Organizer: American Physical Society March Meeting
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] 比熱測定でみた近藤絶縁体 YbIr3Si7の低エネルギー励起 (2020)
  • Author(s): 佐藤雄貴
  • Organizer: 日本物理学会
• [Presentation] 微細加工したトポロジカル 近藤絶縁体 YbB12の輸送現象測定 (2019)
  • Author(s): 佐藤雄貴
  • Organizer: 日本物理学会
• [Presentation] Quantum oscillations and charge neutral fermions in topological Kondo insulator YbB12 (2019)
  • Author(s): Yuki Sato
  • Organizer: 日本物理学会
• [Presentation] Charge neutral fermions and quantum oscillations in a topological Kondo Insulator YbB12 (2019)
  • Author(s): Yuki Sato
  • Organizer: American Physical Society, March Meeting, Boston
  • Int'l Joint Research