擬ギャップ状態における対称性の破れの解明

• 研究課題/領域番号: 18H01177
• 研究種目: 基盤研究(B)
• 配分区分: 補助金
• 応募区分: 一般
• 審査区分: 小区分13030:磁性、超伝導および強相関系関連
• 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): 2018-04-01 – 2021-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2020年度)
• 配分額: 17,030千円 (直接経費: 13,100千円、間接経費: 3,930千円); 2020年度: 6,110千円 (直接経費: 4,700千円、間接経費: 1,410千円); 2019年度: 6,500千円 (直接経費: 5,000千円、間接経費: 1,500千円); 2018年度: 4,420千円 (直接経費: 3,400千円、間接経費: 1,020千円)
• キーワード: 銅酸化物高温超伝導体 / 擬ギャップ相 / 回転対称性の破れ / 電子ネマティック秩序 / イリジウム酸化物 / アナポール秩序 / 奇パリティ秩序 / 磁気トルク測定 / 電子ネマティック転移 / 磁気トルク / 隠れた秩序 / 擬ギャップ状態 / ネマティック転移 / 回転対称性

研究成果の概要

銅酸化物高温超伝導体の膨大な研究において、相図上に広く出現する擬ギャップ状態の解明は、現代物理学における最重要課題の一つである。本研究では、最高感度の磁気トルク測定を駆使することにより、擬ギャップ状態における相転移現象と対称性の破れの解明に取り組んだ。正方晶構造を有する銅酸化物超伝導体HgBa2CuO4+dにおいて、擬ギャップ状態での自発的回転対称性の破れを熱力学的に見出し、これが[110]方向に発達する特異なものであることを明らかにした。この結果は擬ギャップ相がCu-O-Cuボンド方向への相関もつCDW相とは異なる秩序相であり、CDWのゆらぎや前駆現象ではないことを示す重要な結果である。

研究成果の学術的意義や社会的意義

本研究成果は、擬ギャップ相での回転対称性の破れが系に依存することを示しており、現代物理学における最重要問題の一つとされる擬ギャップ状態の微視的起源を明らかにする上で極めて重要な結果と考えられる。さらに、本研究では新しい系として、5dイリジウム酸化物Sr2IrO4の隠れた秩序状態について、これが奇パリティのアナポール秩序であることを示した。これらはモット絶縁近傍において強く相互作用する電子系が示す新奇電子状態の存在を示したものであり、学術的に意義のあるものといえる。

研究成果

• [国際共同研究] University of Colorado Boulder/Rutgers University(米国)
• [国際共同研究] Radboud University(オランダ)
• [国際共同研究] University of Bristol(英国)
• [国際共同研究] University of Minnesota/University of Colorado Boulder(米国)
• [国際共同研究] Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf(ドイツ)
• [国際共同研究] Radboud University(オランダ)
• [国際共同研究] University of Bristol(英国)
• [国際共同研究] Oxford Univ.(英国)
• [国際共同研究] EMFL Nijmegen(オランダ)
• [国際共同研究] Ruhr-Universitat Bochum(ドイツ)
• [雑誌論文] Bond Directional Anapole Order in a Spin-Orbit Coupled Mott Insulator Sr2(Ir1-xRhx)O4 (2021)
  • 著者名/発表者名: 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
  • 雑誌名: Phys. Rev. X 巻: 11 号: 1 ページ: 011021-011021
  • DOI: 10.1103/physrevx.11.011021
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Presence and absence of itinerant gapless excitations in the quantum spin liquid candidate EtMe3Sb[Pd(dmit)2]2 (2020)
  • 著者名/発表者名: Yamashita M.、Sato Y.、Tominaga T.、Kasahara Y.、Kasahara S.、Cui H.、Kato R.、Shibauchi T.、Matsuda Y.
  • 雑誌名: Physical Review B 巻: 101 号: 14 ページ: 140407-140407
  • DOI: 10.1103/physrevb.101.140407
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] In-plane electronic anisotropy resulted from ordered magnetic moment in iron-based superconductors (2020)
  • 著者名/発表者名: Wu S.-F.、Zhang W.-L.、Thorsmolle V. K.、Chen G. F.、Tan G. T.、Dai P. C.、Shi Y. G.、Jin C. Q.、Shibauchi T.、Kasahara S.、Matsuda Y.、Sefat A. S.、Ding H.、Richard P.、Blumberg G.
  • 雑誌名: Physical Review Research 巻: 2 号: 3 ページ: 033140-033140
  • DOI: 10.1103/physrevresearch.2.033140
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Non-Fermi Liquid Transport in the Vicinity of the Nematic Quantum Critical Point of Superconducting FeSe1-xSx (2020)
  • 著者名/発表者名: 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
  • 雑誌名: Phys. Rev. Res. 巻: 2 号: 3 ページ: 033367-033367
  • DOI: 10.1103/physrevresearch.2.033367
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Bose-Einstein Condensation Superconductivity Induced by Disappearance of the Nematic State (2020)
  • 著者名/発表者名: T. Hashimoto, Y. Ota, A. Tsuzuki, T. Nagashima, A. Fukushima, S. Kasahara, Y. Matsuda, K. Matsuura, Y. Mizukami, T. Shibauchi, S. Shin, and K. Okazaki
  • 雑誌名: Sci. Adv. 巻: 6 号: 45
  • DOI: 10.1126/sciadv.abb9052
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Effect of quenched disorder on the quantum spin liquid state of the triangular-lattice antiferromagnet 1T?TaS2 (2020)
  • 著者名/発表者名: 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.
  • 雑誌名: Physical Review Research 巻: 2 号: 1 ページ: 013099-013099
  • DOI: 10.1103/physrevresearch.2.013099
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [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] 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] Unconventional thermal metallic state of charge-neutral fermions in an insulator (2019)
  • 著者名/発表者名: Y. Sato, Z. Xiang, Y. Kasahara, T. Taniguchi, S. Kasahara, L. Chen, T. Asaba, C. Tinsman, H. Murayama, O. Tanaka, Y. Mizukami, T. Shibauchi, F. Iga, J. Singleton, Lu Li, and Y. Matsuda
  • 雑誌名: Nature Physics 巻: 15 号: 9 ページ: 954-959
  • DOI: 10.1038/s41567-019-0552-2
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Diagonal nematicity in the pseudogap phase of HgBa2CuO4+δ (2019)
  • 著者名/発表者名: Murayama H.、Sato Y.、Kurihara R.、Kasahara S.、Mizukami Y.、Kasahara Y.、Uchiyama H.、Yamamoto A.、Moon E.-G.、Cai J.、Freyermuth J.、Greven M.、Shibauchi T.、Matsuda Y.
  • 雑誌名: Nature Communications 巻: 10 号: 1 ページ: 3282-3282
  • DOI: 10.1038/s41467-019-11200-1
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Universal relationship between low-energy antiferromagnetic fluctuations and superconductivity in BaFe2(As1?xPx)2 (2019)
  • 著者名/発表者名: Kitagawa Shunsaku、Kawamura Takeshi、Ishida Kenji、Mizukami Yuta、Kasahara Shigeru、Shibauchi Takasada、Terashima Takahito、Matsuda Yuji
  • 雑誌名: Physical Review B 巻: 100 号: 6 ページ: 060503-060503
  • DOI: 10.1103/physrevb.100.060503
  • 査読あり
• [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] Reciprocity between Local Moments and Collective Magnetic Excitations in the Phase Diagram of BaFe2(As1-xPx)2 (2019)
  • 著者名/発表者名: J. Pelliciari, K. Ishii, Y. Huang, M. Dantz, X. Lu, P. O. Velasco, V. N. Strocov, S. Kasahara, L. Xing, X. Wang, C. Jin, Y. Matsuda, T. Shibauchi, T. Das, and T. Schmitt,
  • 雑誌名: Commun. Phys. 巻: 2 号: 1 ページ: 139-139
  • DOI: 10.1038/s42005-019-0236-3
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Measuring magnetic field texture in correlated electron systems under extreme conditions (2019)
  • 著者名/発表者名: Yip King Yau、Ho Kin On、Yu King Yiu、Chen Yang、Zhang Wei、Kasahara S.、Mizukami Y.、Shibauchi T.、Matsuda Y.、Goh Swee K.、Yang Sen
  • 雑誌名: Science 巻: 366 号: 6471 ページ: 1355-1359
  • DOI: 10.1126/science.aaw4278
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [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
• [学会発表] Sr2Ir1-xRhxO4におけるボンド方向型アナポール秩序 (2021)
  • 著者名/発表者名: 笠原成, 村山陽奈子, 石田浩祐, 栗原遼, 小野孝浩, 佐藤雄貴, 笠原裕一, 渡邉光, 柳瀬陽一, G. Cao, 水上雄太, 芝内孝禎, 松田祐司
  • 学会等名: 日本物理学会 第76回年次大会
• [学会発表] Thermal Hall effect in the pseudogap phase of underdoped cuprates (2021)
  • 著者名/発表者名: Andre de Oliveira Silva, 笠原成, 村山陽奈子, Neven Barisic, Mario Novak, 芝内孝禎, 笠原裕一, 松田祐司
  • 学会等名: 日本物理学会 第76回年次大会
• [学会発表] Evidence for FFLO superconducting states in the BCS-BEC crossover superconductor FeSe (2021)
  • 著者名/発表者名: Shigeru Kasahara
  • 学会等名: American Physical Society (APS) March Meeting
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] FeSeにおけるBCS-BECクロスオーバーとFFLO超伝導 (2021)
  • 著者名/発表者名: 笠原成
  • 学会等名: 物質・材料研究機構 ワークショップ(4)「超伝導物質、トポロジカル物質」
  • 招待講演
• [学会発表] 強磁場熱輸送測定によるFeSeのab面内磁場下におけるFFLO超伝導の観測 (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: 日本物理学秋季大会
• [学会発表] 超シャロウバンド構造を有する鉄系超伝導体の新奇 量子物性 (2020)
  • 著者名/発表者名: 笠原成
  • 学会等名: ISSPワークショップ「量子物質研究の最近の進展と今後の展望」
  • 招待講演
• [学会発表] FFLO superconducting states in FeSe studied in highmagnetic fields (2020)
  • 著者名/発表者名: Shigeru Kasahara
  • 学会等名: ARHMF2020 & KINKEN Materials Science School 2020 for Young Scientists
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Sr2Ir1-xRhxO4におけるアナポール秩序とFeSeにおけるFFLO超伝導 (2020)
  • 著者名/発表者名: 笠原成
  • 学会等名: 第14回物性科学領域横断研究会 (領域合同研究会)
• [学会発表] Bond directional anapole order in Sr2Ir1-xRhxO4 (2020)
  • 著者名/発表者名: 笠原成
  • 学会等名: 令和2年度 新学術領域研究「量子液晶の物性科学」領域研究会
• [学会発表] Sr2Ir1-xRhxO4の隠れた秩序状態における四回回転対称性の破れ (2019)
  • 著者名/発表者名: 栗原遼, 村山陽奈子, 佐藤雄貴, 笠原成, 笠原裕一, 松田祐司, G Cao
  • 学会等名: 日本物理学会 2019年秋季大会
• [学会発表] 高温熱ホール効果測定装置の開発 (2019)
  • 著者名/発表者名: 井伊崇仁, 村山陽奈子, 栗原遼, 笠原成, 笠原裕一, 松田祐司
  • 学会等名: 日本物理学会 2019年秋季大会
• [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] Bond vs. Diagonal Nematicity in the Pseudogap Phase of High-Temperature Cuprate Superconductors (2019)
  • 著者名/発表者名: Shigeru Kasahara
  • 学会等名: Materials Research Meeting (MRM2019)
  • 国際学会 / 招待講演
• [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] 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.
  • 国際学会 / 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.
  • 国際学会 / 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
  • 国際学会 / 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