極限定常磁場下での精密熱輸送測定の実装とエキゾチック凝縮相の物性開拓

Research Project

Project/Area Number	22KK0036
Research Category	Fund for the Promotion of Joint International Research (Fostering Joint International Research (B))
Allocation Type	Multi-year Fund
Review Section	Medium-sized Section 13:Condensed matter physics and related fields
Research Institution	Okayama University
Principal Investigator	笠原成岡山大学, 異分野基礎科学研究所, 教授 (10425556)
Co-Investigator(Kenkyū-buntansha)	木原工岡山大学, 異分野基礎科学研究所, 准教授 (80733021) 今城周作東京大学, 物性研究所, 特任助教 (30825352)
Project Period (FY)	2022-10-07 – 2028-03-31
Project Status	Granted (Fiscal Year 2022)
Budget Amount *help	¥20,150,000 (Direct Cost: ¥15,500,000、Indirect Cost: ¥4,650,000) Fiscal Year 2027: ¥2,860,000 (Direct Cost: ¥2,200,000、Indirect Cost: ¥660,000) Fiscal Year 2026: ¥2,860,000 (Direct Cost: ¥2,200,000、Indirect Cost: ¥660,000) Fiscal Year 2025: ¥3,250,000 (Direct Cost: ¥2,500,000、Indirect Cost: ¥750,000) Fiscal Year 2024: ¥3,250,000 (Direct Cost: ¥2,500,000、Indirect Cost: ¥750,000) Fiscal Year 2023: ¥6,240,000 (Direct Cost: ¥4,800,000、Indirect Cost: ¥1,440,000) Fiscal Year 2022: ¥1,690,000 (Direct Cost: ¥1,300,000、Indirect Cost: ¥390,000)
Keywords	強磁場物性測定 / 熱輸送 / 強相関電子系 / エキゾチック凝縮相 / ハイブリッド磁場 / 強磁場
Outline of Research at the Start	強相関電子系で実現する特異な量子凝縮相や新奇電子状態の探索と解明は、凝縮系物理学における中心課題の一つである。本研究では、欧州強磁場研究所(European Magnetic Field Laboratory: EMFL)における強磁場実験、特に、オランダ・Nijmegen強磁場研究所における極限定常磁場下での精密熱輸送測定を基盤としたエキゾチック凝縮相の探索と解明に取り組む。『強磁場熱測定』に精通した国内屈指の若手から中堅で構成される当該分野のエキスパートが、国際ネットワークを構築し、40T超の定常磁場実験が新たな潮流となる時代の転換期において、強磁場物性科学のフロンティアを切り拓く。
Outline of Annual Research Achievements	強相関電子系で実現する特異な量子凝縮相や新奇電子状態の探索と解明は、凝縮系物理学における中心課題の一つである。本研究では、強磁場における物性測定、特に、オランダ・Nijmegen 強磁場研究所での極限定常磁場下における未踏の熱輸送測定の実装と、これを基盤としたエキゾチック凝縮相の探索と解明に取り組むことを中心課題としている。本年度は、国内において研究準備を進めるともに、Nijmegen強磁場研究所のNigel Hussey教授との共同研究に取り組んだ。熱輸送測定セルの設計・開発を進めるとともに、鉄系超伝導体FeSe1-xSxについて、Nijmegen強磁場研究所での系統的な輸送現象測定をおこなった。これによって、FeSe1-xSxのx>0.17の非ネマティック相において、面平行磁場下での輸送現象測定から、渦糸格子が融解した渦糸液体状態が極めて低温の広い磁場温度領域に渡って存在していることが明らかになった。これは量子揺らぎにより渦糸格子が融解した量子渦糸液体状態がこの系において実現していることを強く示している。一方、FeSe1-xTexにおける強磁場測定との対比からは、FeSe1-xSxでの量子渦糸液体状態は、ネマティック相や磁気相の量子臨界揺らぎに起因するものではなく、超伝導状態そのものの"虚弱性"に起因していると考えらえることが明らかになった。これは非ネマティック相のFeSe1-xSxにおいて実現していると考えられるボゴリューボフ・フェルミ面、即ち、超伝導状態においてもクーパー対を組むことがない準粒子が創り出す特異なフェルミ面の存在が関連しているものと思われる。
Current Status of Research Progress	Current Status of Research Progress 2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned. Reason FeSe1-xSxにおいて、Nijmegen強磁場研究所での輸送現象測定により、量子渦糸液体状態の存在が明らかになってきた。この研究成果について、現在、論文を投稿中である。また国内における熱輸送測定セルの設計等も進んでおり、研究は概ね順調であると判断する。
Strategy for Future Research Activity	輸送現象測定、比熱測定、熱輸送測定を駆使することにより、FeSe1-xSxにおける強い超伝導揺らぎの存在と量子渦糸液体状態の特徴を明らかにしていく。