超シャロウバンド物質における新奇電子状態と量子凝縮相（国際共同研究強化）

• 研究課題/領域番号: 15KK0160
• 研究種目: 国際共同研究加速基金(国際共同研究強化)
• 配分区分: 基金
• 研究分野: 物性Ⅱ
• 研究機関: 京都大学
• 研究代表者: 笠原 成 京都大学, 理学研究科, 特定准教授 (10425556)
• 研究期間 (年度): 2016 – 2019
• 研究課題ステータス: 完了 (2019年度)
• 配分額: 14,300千円 (直接経費: 11,000千円、間接経費: 3,300千円)
• キーワード: 超シャロウバンド / 鉄系超伝導 / BCS-BECクロスオーバー / ネマティック量子臨界点 / 新奇超伝導相 / 軌道選択 / FFLO状態 / 熱輸送測定 / 強磁場測定 / 低温高磁場相 / 熱伝導率 / 超伝導ギャップ構造 / ネマティシティ / 準粒子励起 / 強相関電子系 / 非従来型超伝導 / ネマティック転移

研究成果の概要

本研究では超シャロウバンド物質である鉄系超伝導体FeSeに焦点をあて、ドイツ・ドレスデン強磁場研究所、およびオランダ・ナイメーヘン強磁場研究所における極低温・強磁場中での熱輸送おび電子輸送測定を通じて、BCS-BEC クロスオーバー領域にある量子凝縮状態の特異性の解明に取り組んだ。特に、未踏の極低温・強磁場環境における熱伝導率測定を確立し、FeSeにおいて低温高磁場中で一次相転移によって隔てられた新奇超伝導状態が実現していることを見出した。これは、有限の重心運動量を持ったクーパー対が形成されるFFLO状態の実現を示すものと考えられる。

研究成果の学術的意義や社会的意義

これまでヘリウム3温度域において18Tを超える極限環境での熱伝導率の精密測定を行える環境は世界にもなかった。本研究では、世界屈指の強磁場施設の一つであるナイメーヘン強磁場研究所においてヘリウム3温度域、最大35テスラまでの強磁場熱伝導率測定を確立し、新奇な超伝導状態の探索と解明を可能とした。これは本研究で対象とした研究に留まらず、様々な系において未踏の実験を可能とした意義深いものといえる。

研究成果

• [国際共同研究] 欧州強磁場研究機構・ナイメーヘン強磁場研究所(オランダ) (2019)
• [国際共同研究] 欧州強磁場研究機構・ドレスデン強磁場研究所(ドイツ) (2017)
• [雑誌論文] Evidence for an FFLO State with Segmented Vortices in the BCS-BEC-Crossover Superconductor FeSe (2020)
  • 著者名/発表者名: 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,
  • 雑誌名: Phys. Rev. Lett. 巻: 124 号: 10 ページ: 107001-107001
  • DOI: 10.1103/physrevlett.124.107001
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Coexistence of orbital and quantum critical magnetoresistance in FeSe1-xSx (2019)
  • 著者名/発表者名: Licciardello S.、Maksimovic N.、Ayres J.、Buhot J.、Culo M.、Bryant B.、Kasahara S.、Matsuda Y.、Shibauchi T.、Nagarajan V.、Analytis J. G.、Hussey N. E.
  • 雑誌名: Physical Review Research 巻: 1 号: 2 ページ: 023011-023011
  • DOI: 10.1103/physrevresearch.1.023011
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Photo-induced possible superconducting state with long-lived disproportionate band filling in FeSe (2019)
  • 著者名/発表者名: Takeshi Suzuki*, Takashi Someya, Takahiro Hashimoto, Shoya Michimae, Mari Watanabe, Masami Fujisawa, Teruto Kanai, Nobuhisa Ishii, Jiro Itatani, Shigeru Kasahara, Yuji Matsuda, Takasada Shibauchi, Kozo Okazaki*, and Shik Shin*
  • 雑誌名: Commun. Phys. 巻: 2 号: 1 ページ: 115-115
  • DOI: 10.1038/s42005-019-0219-4
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Ultrafast nematic-orbital excitation in FeSe (2019)
  • 著者名/発表者名: T. Shimojima, Y. Suzuki, A. Nakamura, N. Mitsuishi, S. Kasahara, T. Shibauchi, Y. Matsuda, Y. Ishida, S. Shin, K. Ishizaka
  • 雑誌名: Nature Communications 巻: 10 号: 1 ページ: 1946-1946
  • DOI: 10.1038/s41467-019-09869-5
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Evolution of the low-temperature Fermi surface of superconducting FeSe1-xSx across a nematic phase transition (2019)
  • 著者名/発表者名: Coldea Amalia I.、Blake Samuel F.、Kasahara Shigeru、Haghighirad Amir A.、Watson Matthew D.、Knafo William、Choi Eun Sang、McCollam Alix、Reiss Pascal、Yamashita Takuya、Bruma Mara、Speller Susannah C.、Matsuda Yuji、Wolf Thomas、Shibauchi Takasada、Schofield Andrew J.
  • 雑誌名: npj Quantum Materials 巻: 4 号: 1 ページ: 2-2
  • DOI: 10.1038/s41535-018-0141-0
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Electrical resistivity across a nematic quantum critical point (2019)
  • 著者名/発表者名: Licciardello S.、Buhot J.、Lu J.、Ayres J.、Kasahara S.、Matsuda Y.、Shibauchi T.、Hussey N. E.
  • 雑誌名: Nature 巻: 567 号: 7747 ページ: 213-217
  • DOI: 10.1038/s41586-019-0923-y
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Quantum Vortex Core and Missing Pseudogap in the Multiband BCS-BEC Crossover Superconductor FeSe (2019)
  • 著者名/発表者名: Hanaguri T.、Kasahara S.、B?ker J.、Eremin I.、Shibauchi T.、Matsuda Y.
  • 雑誌名: Physical Review Letters 巻: 122 号: 7 ページ: 77001-77001
  • DOI: 10.1103/physrevlett.122.077001
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] 77Se-NMR Study under Pressure on 12%-S Doped FeSe (2019)
  • 著者名/発表者名: Kuwayama Takanori、Matsuura Kohei、Mizukami Yuta、Kasahara Shigeru、Matsuda Yuji、Shibauchi Takasada、Uwatoko Yoshiya、Fujiwara Naoki
  • 雑誌名: Journal of the Physical Society of Japan 巻: 88 号: 3 ページ: 033703-033703
  • DOI: 10.7566/jpsj.88.033703
  • NAID: 210000135114
  • 査読あり
• [雑誌論文] Two distinct superconducting pairing states divided by the nematic end point in FeSe1-xSx (2018)
  • 著者名/発表者名: Hanaguri Tetsuo、Iwaya Katsuya、Kohsaka Yuhki、Machida Tadashi、Watashige Tatsuya、Kasahara Shigeru、Shibauchi Takasada、Matsuda Yuji
  • 雑誌名: Science Advances 巻: 4 号: 5
  • DOI: 10.1126/sciadv.aar6419
  • NAID: 120006471158
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Abrupt change of the superconducting gap structure at the nematic critical point in FeSe1?xSx (2018)
  • 著者名/発表者名: Sato Yuki、Kasahara Shigeru、Taniguchi Tomoya、Xing Xiangzhuo、Kasahara Yuichi、Tokiwa Yoshifumi、Yamakawa Youichi、Kontani Hiroshi、Shibauchi Takasada、Matsuda Yuji
  • 雑誌名: Proceedings of the National Academy of Sciences 巻: 115 号: 6 ページ: 1227-1231
  • DOI: 10.1073/pnas.1717331115
  • 査読あり / 国際共著
• [学会発表] FeSeの強磁場熱輸送測定：FFLO状態 (2020)
  • 著者名/発表者名: 笠原成, 佐藤雄貴, S. Licciardello, M. Culo, S. Arsenijevic, T. Ottenbros, 冨永貴弘, J.Boker, I. Eremin, 芝内孝禎, J. Wosnitza, N. E. Hussey, 松田祐司
  • 学会等名: 第75回日本物理学会年次大会(2020年)（名古屋大）：現地開催中止
• [学会発表] FeSeにおけるFFLO超伝導 (2019)
  • 著者名/発表者名: 笠原成
  • 学会等名: 第27回 渦糸物理 ワークショップ
  • 招待講演
• [学会発表] FeSe における強磁場超伝導相：FFLO 状態 (2019)
  • 著者名/発表者名: 笠原成
  • 学会等名: 基研研究会 「電子相関が生み出す超伝導現象の未解決問題と新しい潮流」
  • 招待講演
• [学会発表] Nematic Phase Transition at the Onset of Pseudogap in Cuprates (2018)
  • 著者名/発表者名: Shigeru Kasahara
  • 学会等名: Plasma 2019 Workshop, Jan. 18- 21, 2018. Univ. Central Florida, Orlando, FL, USA
  • 招待講演
• [学会発表] Nematic transition at the onset of pseudogap in cuprates (2018)
  • 著者名/発表者名: Shigeru Kasahara
  • 学会等名: Energy and Environmental Applications (CMCEE-2018), Jul. 22-27, 2018, Suntec, Singapore
  • 招待講演
• [学会発表] Nematic transition at the onset of pseudogap in cuprates (2018)
  • 著者名/発表者名: Shigeru Kasahara
  • 学会等名: International Workshop on Recent Progress in Superconductivity, Jul. 13-15, 2018, Peyongchang, Korea
  • 招待講演
• [学会発表] 銅酸化物高温超伝導体における新奇なネマティシティ (2018)
  • 著者名/発表者名: 笠原成
  • 学会等名: 京都大学基礎物理学研究所研究会「多自由度電子状態と電子相関が生み出す新奇超伝導の物理」, 2018 年5 月 7-9日, 京都大学, 京都市
  • 招待講演
• [学会発表] Abrupt Change of the Superconducting Gap Structure at the Nematic Quantum Critical Point in FeSe1-xSx (2018)
  • 著者名/発表者名: Y. Sato, S. Kasahara, T. Taniguchi, X.Z. Xing, Y. Kasahara, Y. Tokiwa, Y. Yamakawa, H. Kontani, T. Shibauchi, Y. Matsuda
  • 学会等名: American Physical Society, March Meeting
  • 国際学会
• [学会発表] Two Distinct Superconducting Pairing States Divided by the Nematic End Point in FeSe1-xSx (2018)
  • 著者名/発表者名: T. Hanaguri, K. Iwaya, Y. Kohsaka, T. Machida, T. Watashige, S. Kasahara, T. Shibauchi, Y. Matsuda
  • 学会等名: American Physical Society, March Meeting
  • 国際学会
• [学会発表] Quasiparticle excitations of FeSe in the vicinity of the BCS-BEC crossover (2017)
  • 著者名/発表者名: S. Kasahara
  • 学会等名: The 16th International Workshop on Vortex Matter in Superconductors (VORTEX2017), Natal, Brazil.
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] FeSe1-xSxにおける異方的超伝導ギャップ構造 (2017)
  • 著者名/発表者名: 笠原成
  • 学会等名: 京都大学・基研研究会 「超伝導研究の最先端： 多自由度、非平衡、電子相関、トポロジー、人工制御」
  • 招待講演
• [学会発表] 鉄系超伝導体Fe(Se,S)の超伝導ギャップ異方性 (2017)
  • 著者名/発表者名: 谷口智哉, 佐藤雄貴, Xiangzhuo Xing, 笠原成, 常盤欣文, 笠原裕一, 芝内孝禎, 松田祐司
  • 学会等名: 日本物理学会 2017年秋季大会
• [学会発表] Fe(Se,S)のバンド構造と超伝導に対するネマティシティの効果 (2017)
  • 著者名/発表者名: 花栗哲郎, 岩谷克也, 幸坂祐生, 町田理, 綿重達哉, 笠原成, 芝内孝禎, 松田祐司
  • 学会等名: 日本物理学会 2017年秋季大会
• [学会発表] 鉄系超伝導体FeSe1-xSxの温度・圧力・化学置換の三次元電子相図 (2017)
  • 著者名/発表者名: 杉村優一, 松浦康平, 新井佑基, 向笠清隆, 水上雄太, 綿重達哉, 笠原成, 松田祐司, 上床美也, 芝内孝禎
  • 学会等名: 日本物理学会 2017年秋季大会
• [学会発表] FeSe1-xSx (x=0.12) の核磁気共鳴 (2017)
  • 著者名/発表者名: 桑山昂典, 藤原直樹, 松浦康平, 水上雄太, 笠原成, 松田祐司, 芝内孝禎, 上床美也
  • 学会等名: 日本物理学会 2017年秋季大会
• [学会発表] パルス電流を用いたFeSe単結晶の渦糸フロー測定 (2017)
  • 著者名/発表者名: 高石浩行, 家永紘一郎, 金子真一, 笠原成, 松田祐司, 大熊哲
  • 学会等名: 日本物理学会 2017年秋季大会
• [学会発表] 高次高調波レーザー時間分解光電子分光法によるFeSeのコヒーレントフォノン観測 (2017)
  • 著者名/発表者名: 鈴木剛, 染谷隆史, 橋本嵩広, 道前翔矢, 渡邉真莉A, 藤澤正美, 金井輝人, 石井順久, 板谷治郎, 芝内孝禎, 笠原成, 松田祐司, 岡崎浩 三, 辛埴
  • 学会等名: 日本物理学会 2017年秋季大会
• [学会発表] レーザー励起光電子顕微鏡によるFeSeにおけるネマティック秩序のドメイン観察 (2017)
  • 著者名/発表者名: 元結啓仁, 谷内敏之, 下志万貴博, 岡崎浩三, 笠原成, 芝内孝禎, 松田裕司, 辛埴
  • 学会等名: 日本物理学会 2017年秋季大会
• [備考] 京都大学量子凝縮物性研究室
  • URL: http://kotai2.scphys.kyoto-u.ac.jp/index.php?Top
• [備考] 京都大学量子凝縮物性研究室
  • URL: http://kotai2.scphys.kyoto-u.ac.jp/