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

• 研究課題/領域番号: 14J01133
• 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(実験)
• 研究機関: 京都大学
• 研究代表者: 山下 卓也 京都大学, 理学研究科, 特別研究員(DC1)
• 研究期間 (年度): 2014-04-25 – 2017-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2016年度)
• 配分額: 3,000千円 (直接経費: 3,000千円); 2016年度: 900千円 (直接経費: 900千円); 2015年度: 1,000千円 (直接経費: 1,000千円); 2014年度: 1,100千円 (直接経費: 1,100千円)
• キーワード: 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

研究実績の概要

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。

現在までの達成度 (段落)

28年度が最終年度であるため、記入しない。

今後の研究の推進方策

28年度が最終年度であるため、記入しない。

研究成果

• [雑誌論文] Quasiparticle Excitations in the Superconducting State of FeSe Probed by Thermal Hall Conductivity in the Vicinity of the BCS-BEC Crossover (2017)
  • 著者名/発表者名: 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,
  • 雑誌名: J. Phys. Soc. Jpn. 巻: 86 号: 1 ページ: 014707-014707
  • DOI: 10.7566/jpsj.86.014707
  • NAID: 40021057689
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著 / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Giant superconducting fluctuations in the compensated semimetal FeSe at the BCS-BEC crossover (2016)
  • 著者名/発表者名: 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
  • 雑誌名: Nature Communications 巻: 7 号: 1 ページ: 12843-12843
  • DOI: 10.1038/ncomms12843
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著 / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Conventional s-Wave Superconductivity in BiS2-Based NdO0.71F0.29BiS2 Revealed by Thermal Transport Measurements (2016)
  • 著者名/発表者名: T. Yamashita, Y. Tokiwa, D. Terazawa, M. Nagao, S. Watauchi, I. Tanaka, T. Terashima, Y. Matsuda
  • 雑誌名: Journal of Physical Society of Japan 巻: 85 号: 7 ページ: 073707-073707
  • DOI: 10.7566/jpsj.85.073707
  • NAID: 210000133992
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著 / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Possible observation of highly itinerant quantum magnetic monopoles in the frustrated pyrochlore Yb2Ti2O7 (2016)
  • 著者名/発表者名: Y. Tokiwa,T. Yamashita, M. Udagawa, S. Kittaka, T. Sakakibara, D. Terazawa, Y. Shimoyama, T. Terashima, Y. Yasui, T. Shibauchi, Y. Matsuda
  • 雑誌名: Nature Communications 巻: 7 号: 1 ページ: 10807-10807
  • DOI: 10.1038/ncomms10807
  • NAID: 120005743654
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著 / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Dichotomy between the Hole and Electrons Behavior in the Multiband FeSe Probed by Ultra High Magnetic Fields (2015)
  • 著者名/発表者名: 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
  • 雑誌名: Phys. Rev. Lett. 巻: 115 号: 2 ページ: 027006-027006
  • DOI: 10.1103/physrevlett.115.027006
  • 査読あり / 国際共著 / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Colossal thermomagnetic response in the exotic superconductor URu2Si2 (2015)
  • 著者名/発表者名: T. Yamashita, Y. Shimoyama, Y. Haga, T.D. Matsuda, E. Yamamoto, Y. Onuki, H. Sumiyoshi, S. Fujimoto, A. Levchenko, T. Shibauchi, and Y. Matsuda
  • 雑誌名: Nature Physics 巻: 11 号: 1 ページ: 17-20
  • DOI: 10.1038/nphys3170
  • 査読あり
• [雑誌論文] Fermi Surface of IrTe2 in the Valence-Bond State as Determined by Quantum Oscillations (2015)
  • 著者名/発表者名: 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
  • 雑誌名: Physical Review B 巻: 91 号: 12 ページ: 121105-121105
  • DOI: 10.1103/physrevb.91.121105
  • 査読あり
• [雑誌論文] Field-Induced Superconducting Phase of FeSe in the BCS-BEC Crossover (2014)
  • 著者名/発表者名: 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
  • 雑誌名: Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America 巻: 111 号: 46 ページ: 16309-16313
  • DOI: 10.1073/pnas.1413477111
  • 査読あり / オープンアクセス
• [学会発表] 熱伝導率測定からみたNdO0.71F0.29BiS2の超伝導ギャップ構造 (2015)
  • 著者名/発表者名: 山下卓也
  • 学会等名: 日本物理学会 2015年秋季大会
  • 発表場所: 関西大学
  • 年月日: 2015-09-16
• [学会発表] 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)
  • 著者名/発表者名: 山下卓也
  • 学会等名: 日本物理学会 2015年秋季大会
  • 発表場所: 関西大学
  • 年月日: 2015-09-16
• [学会発表] 量子スピンアイスYb2Ti2O7における磁気単極子の熱伝導 (2015)
  • 著者名/発表者名: 山下卓也
  • 学会等名: 日本物理学会第70回年次大会
  • 発表場所: 早稲田大学
  • 年月日: 2015-03-21 – 2015-03-24
• [学会発表] Coherent heat conduction of quantum monopoles in Yb2Ti2O7 (2015)
  • 著者名/発表者名: Takuya Yamashita
  • 学会等名: APS March Meeting 2015
  • 発表場所: San Antonio, Texas
  • 年月日: 2015-03-02 – 2015-03-06
• [学会発表] URu2Si2におけるカイラル超伝導 (2014)
  • 著者名/発表者名: 山下卓也
  • 学会等名: 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」
  • 発表場所: 京都大学
  • 年月日: 2014-10-21 – 2014-10-22
• [学会発表] 熱磁気効果によるURu2Si2における超伝導揺らぎの研究 (2014)
  • 著者名/発表者名: 山下卓也
  • 学会等名: 日本物理学会秋季大会
  • 発表場所: 中部大学
  • 年月日: 2014-09-07 – 2014-09-10
• [備考] 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