強相関電子系における電子ネマティック相と非従来型超伝導の研究

• 研究課題/領域番号: 18J22138
• 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: 佐藤 雄貴 京都大学, 理学研究科, 特別研究員(DC1)
• 研究期間 (年度): 2018-04-25 – 2021-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2020年度)
• 配分額: 2,500千円 (直接経費: 2,500千円); 2020年度: 800千円 (直接経費: 800千円); 2019年度: 800千円 (直接経費: 800千円); 2018年度: 900千円 (直接経費: 900千円)
• キーワード: 超伝導 / FFLO / 電子ネマティック / 近藤絶縁体 / 熱伝導率 / 比熱 / 中性フェルミオン / 電子ネマティック相 / 量子臨界点 / 非フェルミ液体 / 強相関電子系 / 近藤効果 / トポロジカル絶縁体 / 価数揺動 / 低温物性 / 熱伝導 / パルス高磁場

研究実績の概要

当該年度は以下の研究実績を得た。
(1)最高磁場17 T、最低温度0.5 Kまで測定可能な比熱測定システムを立ち上げ、鉄系超伝導体FeSeの比熱を面間磁場下において詳細に測定し、低温高磁場領域において相転移が起こっている熱力学的な証拠を得た。さらに同一の単結晶試料では、STM/STS測定によって試料表面で超伝導のシグナルが臨界磁場よりも低磁場で破壊されていることが観測されており、表面とバルクで異なる超伝導秩序変数が実現していることが示唆される。これらの結果は、FeSeの低温高磁場相においてFFLO状態が実現している強い証拠を与えている。
(2)最近新しく発見された近藤絶縁体YbIr3Si7について、その低エネルギー励起を詳細に調べた。初年度に研究を進めていた近藤絶縁体YbB12が非磁性であったのに対して、YbIr3Si7はネール温度4 K以下で反強磁性秩序を形成し、さらに2.5 T程度の磁場を印加することで別の反強磁性相へと相転移を起こす。熱伝導率を0.1 K程度まで測定した結果、低磁場域ではフェルミオン励起の寄与を与える有限の残留熱伝導率が観測され、この値が荷電粒子について成立するWiedemann-Franzの法則では説明できないほど大きな値をとることが明らかになった。このことは中性フェルミオン励起による熱的金属状態が、近藤絶縁体の多くの系で広く存在していることを示唆している。さらに高磁場の反強磁性相では熱伝導率が急激に0に向かう様子が観測され、熱的絶縁相が実現していることが分かった。本成果は、中性フェルミオンが系の磁性と密接に関係しているという新しい知見を与えるものである。

現在までの達成度 (段落)

令和2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

令和2年度が最終年度であるため、記入しない。

研究成果

• [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] Technische Universitat Dresden(ドイツ)
• [国際共同研究] University of California, Berkeley/University of Michigan/Los Alamos National Laboratory(米国)
• [国際共同研究] Radbound University(オランダ)
• [国際共同研究] Universite Chretienne Bilingue du Congo(コンゴ共和国)
• [国際共同研究] Nanjing University(中国)
• [国際共同研究] University of Oxford(英国)
• [雑誌論文] 近藤絶縁体の量子振動と中性フェルミオン励起 (2021)
  • 著者名/発表者名: 佐藤 雄貴、笠原 裕一、伊賀 文俊、松田 祐司
  • 雑誌名: 日本物理学会誌 巻: 76 号: 2 ページ: 87-92
  • DOI: 10.11316/butsuri.76.2_87
  • NAID: 130007981337
  • ISSN: 0029-0181, 2423-8872
  • 年月日: 2021-02-05
• [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] Unusual high-field metal in a Kondo insulator (2021)
  • 著者名/発表者名: Xiang Z.、Chen L.、Chen K.-W.、Tinsman C.、Sato Y.、Asaba T.、Lu H.、Kasahara Y.、Jaime M.、Balakirev F.、Iga F.、Matsuda Y.、Singleton J.、Li L.
  • 雑誌名: Nature Physics 巻: -
  • 査読あり
• [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] 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] 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] 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] Quantum oscillations of electrical resistivity in an insulator (2018)
  • 著者名/発表者名: Xiang Z.、Kasahara Y.、Asaba T.、Lawson B.、Tinsman C.、Chen Lu、Sugimoto K.、Kawaguchi S.、Sato Y.、Li G.、Yao S.、Chen Y. L.、Iga F.、Singleton John、Matsuda Y.、Li Lu
  • 雑誌名: Science 巻: 362 号: 6410 ページ: 65-69
  • DOI: 10.1126/science.aap9607
  • 査読あり / 国際共著
• [学会発表] 近藤絶縁体YbIr3Si7における中性フェルミオンと その磁場誘起不安定性 (2021)
  • 著者名/発表者名: 佐藤雄貴
  • 学会等名: 日本物理学会
• [学会発表] Gapless neutral fermions in insulating YbIr3Si7 revealed by specific heat and thermal conductivity (2021)
  • 著者名/発表者名: Yuki Sato
  • 学会等名: American Physical Society March Meeting
  • 国際学会
• [学会発表] 比熱測定でみた近藤絶縁体 YbIr3Si7の低エネルギー励起 (2020)
  • 著者名/発表者名: 佐藤雄貴
  • 学会等名: 日本物理学会
• [学会発表] 微細加工したトポロジカル 近藤絶縁体 YbB12の輸送現象測定 (2019)
  • 著者名/発表者名: 佐藤雄貴
  • 学会等名: 日本物理学会
• [学会発表] Quantum oscillations and charge neutral fermions in topological Kondo insulator YbB12 (2019)
  • 著者名/発表者名: Yuki Sato
  • 学会等名: 日本物理学会
• [学会発表] Charge neutral fermions and quantum oscillations in a topological Kondo Insulator YbB12 (2019)
  • 著者名/発表者名: Yuki Sato
  • 学会等名: American Physical Society, March Meeting, Boston
  • 国際学会