微視的測定手段を用いた二次元磁気ゆらぎが誘起する量子相転移の研究

• 研究課題/領域番号: 11J00792
• 研究種目: 特別研究員奨励費
• 配分区分: 補助金
• 応募区分: 国内
• 研究分野: 物性Ⅱ(磁性・金属・低温)(実験)
• 研究機関: 京都大学
• 研究代表者: 北川 俊作 京都大学, 理学研究科, 特別研究員(DC2)
• 研究期間 (年度): 2011 – 2012
• 研究課題ステータス: 完了 (2012年度)
• 配分額: 1,300千円 (直接経費: 1,300千円); 2012年度: 600千円 (直接経費: 600千円); 2011年度: 700千円 (直接経費: 700千円)
• キーワード: 量子臨界現象 / NMR / 重い電子系 / 超伝導 / 鉄系超伝導

研究概要

1.重い電子系Ce(Rul-xFex)POの相図の作成と新奇な強磁性量子臨界点の発見
Ce(Ru1-xFex)POにおける強磁性とメタ磁性の関係を明らかにするためにP-NMRを用いてFe置換量xに対する磁気性質の変化を調べた。
我々の研究からCe(Ru1-xFex)POではFe置換によって磁気相関の次元性が波数空間、スピン空間両方において2次元的になることで強磁性秩序温度が連続的に減少し、x~0.86で強磁性が消失するとともに磁気ゆらぎが非常に発達することを明らかにした。これはx~0.86に強磁性の量子臨界点があることを示唆している。Ceを含む重い電子系で強磁性の量子臨界点を持つ物質は珍しく、Ce(Rul-xFex)POは系統的に強磁性量子臨界点近傍を研究できる理想的な系といえる。
また、メタ磁性的ふるまいも同様にx~0.86に向かって連続的に消失することを明らかにした。今回明らかにしたCe(Rul-xFex)POの磁気相図は理論的に提唱され、U系や3d電子系で実験的に確認されている強磁性量子臨界点近傍の相図と異なる相図を示しており、強磁性量子臨界近傍の磁気状態の普遍性や多様性を調べるよい系であると考えられる。
2.新規超伝導体BaTi2Sb2Oの通常状態と超伝導状態の解明
BaTi2Sb2Oは新しく発見されたTc~1Kの超伝導体である。この物質は50K付近で何らかの相転移に伴う電気抵抗や磁化率の異常を見せた後に、超伝導になる点や3d電子を1個含む二次元Ti2O面が超伝導に重要である点など銅酸化物高温超伝導との類似点が多くあることから注目が集まっている。
我々は微視的な測定手段であるNQRを用いて50K付近の異常が整合電荷密度波である可能性が高いこと、この電荷密度波と超伝導が微視的に共存していること、超伝導の対称性がs波であることを明らかにした。

研究成果

• [雑誌論文] Ferromagnetic Quantum Critical Point Induced by Tuning the Magnetic Dimensionality of the Heavy-Fermion Iron Oxypnictide Ce (Ru_<1-x>Fe_x)PO (2013)
  • 著者名/発表者名: S. Kitagawa, et al.,
  • 雑誌名: Journal of the Physical Society of Japan 巻: 82 号: 3 ページ: 33704-33704
  • DOI: 10.7566/jpsj.82.033704
  • 査読あり
• [雑誌論文] s-wave superconductivity in superconducting BaTi_2Sb_2O revealed by ^<121/123>Sb-NMR/nuclear quadrupole resonance measurements (2013)
  • 著者名/発表者名: S. Kitagawa, et al.,
  • 雑誌名: Physical Review B 巻: 87 号: 6
  • DOI: 10.1103/physrevb.87.060510
  • 査読あり
• [雑誌論文] Enhanced anisotropic spin fluctuations below tetragonal-to-orthorhobic transition in LaFeAs (O_<1-X>F_X) probed by ^<75>As and ^<139> La NMR (2012)
  • 著者名/発表者名: Y. Nakai, et al.
  • 雑誌名: Physical Review B 巻: 85 号: 13 ページ: 134408-134408
  • DOI: 10.1103/physrevb.85.134408
  • 査読あり
• [雑誌論文] Gradual suppression of antiferromagnetism in BaFe_2(As_<1-x>P_x)_2 : Zero-temperature evidence for a quantum critical point (2012)
  • 著者名/発表者名: T. Iye, et al.,
  • 雑誌名: Physical Review B 巻: 85 号: 18 ページ: 184505-184505
  • DOI: 10.1103/physrevb.85.184505
  • 査読あり
• [雑誌論文] Universality and critical behavior at the critical endpoint in the itinerant-electron metamagnet UCoAl (2012)
  • 著者名/発表者名: K. Karube, et al.,
  • 雑誌名: Physical Review B 巻: 86 号: 2 ページ: 24428-24428
  • DOI: 10.1103/physrevb.86.024428
  • 査読あり
• [雑誌論文] Ferromagnetic Quantum Critical Point in Heavy-Fermion Iron Oxypnictide Ce (Ru_<1-x>Fe_x)PO (2012)
  • 著者名/発表者名: S. Kitagawa, et al.,
  • 雑誌名: Physical Review Letters 巻: 109 号: 22 ページ: 227004-227004
  • DOI: 10.1103/physrevlett.109.227004
  • 査読あり
• [雑誌論文] Microscopic Evidence of Direct Coupling between Magnetic and Superconducting Order Parameters in BaFe_2 (As_<1-x>P_x)_2 (2012)
  • 著者名/発表者名: T.Iye, et al.
  • 雑誌名: Journal of the Physical Society of Japan 巻: 81 号: 3 ページ: 33701-33701
  • DOI: 10.1143/jpsj.81.033701
  • 査読あり
• [雑誌論文] Non-magnetic pair-breaking effect on La(Fe_<1-x>Zn_x)AsO_<0.85> studied by NMR and NQR (2011)
  • 著者名/発表者名: S.Kitagawa, et al.
  • 雑誌名: Physical Review B 巻: 83 号: 18
  • DOI: 10.1103/physrevb.83.180501
  • 査読あり
• [雑誌論文] NMR studies on iron-pnictide superconductors : LaFeAs(O_<1-x>F_x) and BaFe_2(As_<1-x>R_x)_2 (2011)
  • 著者名/発表者名: K.Ishida, et al.
  • 雑誌名: Comptes Rendus Physique 巻: 12 号: 5-6 ページ: 515-531
  • DOI: 10.1016/j.crhy.2011.04.004
  • 査読あり
• [雑誌論文] Metamagnetic Behavior and Kondo Breakdown in Heavy-Fermion CeFePO (2011)
  • 著者名/発表者名: S.Kitagawa, et al.
  • 雑誌名: Physical Review Letters 巻: 107 号: 27 ページ: 277002-277002
  • DOI: 10.1103/physrevlett.107.277002
  • 査読あり
• [学会発表] ^<31>P-NMRで明らかにするCe (Ru_<1-x>Fe_x)POにおける二次元強磁性体量子臨界点近傍の新奇な磁気ゆらぎ (2013)
  • 著者名/発表者名: 北川俊作
  • 学会等名: 日本物理学会第68回年次大会
  • 発表場所: 広島大学
  • 年月日: 2013-03-29
• [学会発表] 2次元Ti2O面を持つ新奇超伝導体BaTi2Sb2OにおけるSb-NMR (2013)
  • 著者名/発表者名: 北川俊作
  • 学会等名: 日本物理学会第68回年次大会
  • 発表場所: 広島大学
  • 年月日: 2013-03-28
• [学会発表] 新奇な強磁性量子臨界性を示す重い電子系Ce (Ru_<1-x>Fe_x)PO (2013)
  • 著者名/発表者名: 北川俊作
  • 学会等名: 低温物質科学研究センター第11回研究交流会
  • 発表場所: 京都大学国際交流ホール(京都府)
  • 年月日: 2013-03-09
• [学会発表] Novel ferromagnetic quantum criticality in Ce (Ru_<1-x>Fe_x)PO (2013)
  • 著者名/発表者名: 北川俊作
  • 学会等名: 京都大学GCOE Symposium 2012
  • 発表場所: 京都大学国際交流ホール(京都府)
  • 年月日: 2013-02-12
• [学会発表] 二次元重い電子系Ce (Ru_<1-x>Fe_x)POにおける特異な強磁性量子臨界性 (2013)
  • 著者名/発表者名: 北川俊作
  • 学会等名: 新学術領域研究「重い電子系の形成と秩序化」第4回研究会
  • 発表場所: 東京工業大学(東京都)
  • 年月日: 2013-01-13
• [学会発表] 2次元重い電子強磁性物質性Ce (Ru_<1-x>Fe_x)POにおける新奇な量子臨界性 (2012)
  • 著者名/発表者名: 北川俊作
  • 学会等名: 遍歴電子系研究会
  • 発表場所: 明石商工会議場(兵庫県)
  • 年月日: 2012-12-01
• [学会発表] ^<31>P-NMRで見るCe (Ru_<1-x>Fe_x)POにおける新奇な強磁性量子臨界点近傍の磁気状態 (2012)
  • 著者名/発表者名: 北川俊作
  • 学会等名: 日本物理学会2012年秋季大会
  • 発表場所: 横浜国立大学(神奈川県)
  • 年月日: 2012-09-20
• [学会発表] Ru doping evolution of magnetic properties in Ce (Ru_<1-x>Fe_x)PO studied by ^<31>P-NMR (2012)
  • 著者名/発表者名: 北川俊作
  • 学会等名: The 19th International Conference on Magnetism with SCES
  • 発表場所: 釜山BEXCO(韓国)
  • 年月日: 2012-07-10
• [学会発表] 擬二次元重い電子系Ce(Fe_<1-x>Ru_x)POの^<31>P-NMR (2012)
  • 著者名/発表者名: 北川俊作
  • 学会等名: 低温物質科学研究センター第10回研究交流会
  • 発表場所: 京都大学時計台
  • 年月日: 2012-03-09
• [学会発表] ^<31>P-NMR study on 2D Heavy Fermion Compound Ce(Fe_<1-x>Ru_x)PO (x=0, 0.25) (2012)
  • 著者名/発表者名: 北川俊作
  • 学会等名: 新学術領域研究「重い電子系の形成と秩序化」ワークショップ
  • 発表場所: 東京大学物性研
  • 年月日: 2012-01-10
• [学会発表] 『YMn_2Zn_<20>』のNMR (2012)
  • 著者名/発表者名: 石田憲二
  • 学会等名: 「ブラストレート系」特定領域、最終成果報告会
  • 発表場所: 大阪大学吹田キャンパス
  • 年月日: 2012-01-07
• [学会発表] ^<31>P-NMR study on two dimensional heavy fermion system Ce(Fe_<1-x>Ru_x)PO (2012)
  • 著者名/発表者名: 北川俊作
  • 学会等名: 京都大学GCOE Symposium 2011
  • 発表場所: 京都大学時計台
• [学会発表] XYスピン異方性を持つ重い電子系物質CeFePOのメタ磁性的振る舞いの発見 (2011)
  • 著者名/発表者名: 北川俊作
  • 学会等名: 第2回重い電子系若手秋の学校
  • 発表場所: 高野山大学
  • 年月日: 2011-09-29
• [学会発表] 擬二次元重い電子系物質CeFePOの新奇なメタ磁性の発見 (2011)
  • 著者名/発表者名: 北川俊作
  • 学会等名: 日本物理学会2011年秋季大会
  • 発表場所: 富山大学
  • 年月日: 2011-09-23
• [学会発表] Metamagnetic Behavior in 2D Heavy Fermion Compound CeFePO Revealed by ^<31>P-NMR (2011)
  • 著者名/発表者名: Shunsaku Kitagawa
  • 学会等名: International Conference on Strongly Correlated Electrons Systems 2011
  • 発表場所: ケンブリッジ(イギリス)
  • 年月日: 2011-08-31
• [学会発表] 二次元性の高い結晶構造を持った重い電子系物質CeFePOのメタ磁性的振る舞い (2011)
  • 著者名/発表者名: 北川俊作
  • 学会等名: 重い電子系の形成と秩序化・第3回研究会
  • 発表場所: 東京大学物性研
  • 年月日: 2011-06-24
• [学会発表] NMR/NQRから見た鉄系超伝導体LaFeAsO_<0.85>におけるZn不純物効果 (2011)
  • 著者名/発表者名: 北川俊作
  • 学会等名: 基研研究会「鉄系高温超伝導の物理」
  • 発表場所: 京都大学基研
  • 年月日: 2011-06-16
• [学会発表] ^<31>P-NMRを用いた擬二次元重い電子系Ce(Fe_<1-x>Ru_x)POの研究 (2011)
  • 著者名/発表者名: 北川 俊作
  • 学会等名: 日本物理学会第67回年次大会
  • 発表場所: 関西学院大学
  • 年月日: 2011-03-27
• [学会発表] 『YMn_2Zn_<20>』のNMR (2011)
  • 著者名/発表者名: 北川俊作
  • 学会等名: 日本物理学会第67回年次大会
  • 発表場所: 関西学院大学
  • 年月日: 2011-03-26
• [備考]
  • URL: http://www.phys.sci.kobe-u.ac.jp/~wdweb/kitagawa/index.htm
• [備考]
  • URL: http://www.ss.scphys.kyoto-u.ac.jp/
• [備考]
  • URL: http://www.ss.scphys.kyoto-u.ac.jp/
• [備考]
  • URL: http://www.ss.scphys.kyoto-u.ac.jp/person/skitagawa/index.html