空間反転対称性の人工制御による新奇超伝導状態の探索

• 研究課題/領域番号: 20654031
• 研究種目: 挑戦的萌芽研究
• 配分区分: 補助金
• 研究分野: 物性Ⅱ
• 研究機関: 京都大学
• 研究代表者: 芝内 孝禎 京都大学, 大学院・理学研究科, 准教授 (00251356)
• 研究期間 (年度): 2008 – 2009
• 研究課題ステータス: 完了 (2009年度)
• 配分額: 3,300千円 (直接経費: 3,300千円); 2009年度: 1,500千円 (直接経費: 1,500千円); 2008年度: 1,800千円 (直接経費: 1,800千円)
• キーワード: 超格子構造 / 空間反転対称性 / f電子系 / 強相関電子系 / FFLO状態 / 量子臨界点 / 異方的超伝導 / エピタキシャル成長

研究概要

本研究の目的は、空間反転対称性が破れている結晶構造を持つ重い電子系超伝導体において期待されている新奇超伝導状態に対する新しい切り口として、重い電子系の薄膜作製技術を用いて、前例のない手法により人工的に重い電子超伝導体の空間反転対称性を制御し、新奇超伝導状態が起こるかどうかの検証をおこなうことである。
本年度の成果としては、昨年度に確立した薄膜成長装置であるMBEシステムのさらなる改良をおこない、1桁程度の高真空化を実現し、反強磁性体CeIn3と同じ結晶構造を持つ通常金属LaIn3の超格子構造の高品質化を達成した。CeIn3層の厚みの減少とともに反強磁性温度が低下し、CeIn3層の厚みが2単位格子程度で量子臨界点を示唆する非フェルミ液体的振る舞いを観測した。さらに磁場をかけることにより、この非フェルミ液体的振る舞いが通常の振る舞いに戻ることを明らかにした。この結果は、次元性という新しいチューニンバパラメータにより、反強磁性秩序を制御し、量子臨界点を実現できることを世界で初めて示すものである。結果をまとめたものがサイエンス誌に出版され、世界的に高く評価されている。さらに、この技術を用いて、CeCoIn5のエピタキシャル成長に世界で初めて成功し、バルク単結晶と同等な超伝導特性を示す薄膜を作製した。また、CeIn3と格子マッチングのよい絶縁体MgF2の超格子構造において、空間反転対称性が破れていることを明らかにしたこの系においては現時点ではエピタキシャル成長には至っていないが、今後の成膜条件の絞り込みによって空間反転対称性の破れた系のエピタキシャル超格子構造の創出が期待できる。

研究成果

• [雑誌論文] Tuning the Dimensionality of the Heavy Fermion Compound CeIn3 (2010)
  • 著者名/発表者名: H.Shishido, T.Shibauchi, K.Yasu, T.Kato, H.Kontani, T.Terashima, Y.Matsuda
  • 雑誌名: Science 327 ページ: 980-983
  • NAID: 120001981932
  • 査読あり
• [雑誌論文] Evolution of the Fermi Surface of BaFe2(Asl-xPx)2 on Entering the Superconducting Dome (2010)
  • 著者名/発表者名: H.Shishido, A.F.Bangura, A.I.Coldea, S.Tonegawa, K.Hashimoto, S.Kasahara, P.M.C.Rourke, H.Ikeda, T.Terashima, R.Settai, Y.Onuki, D.Vignolles, C.Proust, B.Vignolle, A.McCollam, Y.Matsuda, T.Shibauchi, A.Carrington
  • 雑誌名: Phys.Rev.Lett. 104 ページ: 57008-57008
  • 査読あり
• [雑誌論文] Microwave Surface-Impedance Measurements of the Magnetic Penetration Depth in Single Crystal Bal-xKxFe2As2 Superconductors : Evidence for a Disorder-Dependent Superfluid Density (2009)
  • 著者名/発表者名: K.Hashimoto, T.Shibauchi, S.Kasahara, K.Ikada, S.Tonegawa, T.Kato, R.Okazaki, C.J.van der Beek, M.Konczykowski, H.Takeya, K.Hirata, T.Terashima, Y.Matsuda
  • 雑誌名: Phys.Rev.Lett. 102 ページ: 207001-207001
  • 査読あり
• [雑誌論文] Possible Phase Transition Deep Inside the Hidden Order Phase of Ultraclean URu2Si2 (2009)
  • 著者名/発表者名: H. Shishido, K. Hashimoto, T. Shibauchi, T. Sasaki, H. Oizumi, N. Kobayashi, T. Takamasu, K. Takenaka, Y. Imanaka T. D. Matsuda, Y. Haga, Y. Onuki, Y. Matsuda
  • 雑誌名: Physical Review Letters 102 ページ: 156403-156403
  • 査読あり
• [雑誌論文] Thermal Conductivity Evidence for a dx2-y2 Pairing Symmetry in the Heavy-Fermion CeIrIn5 Superconductor (2008)
  • 著者名/発表者名: Y. Kasahara, T. Iwasawa, Y. Shimizu, H. Shishido, T. Shibauchi, I. Vekhter, Y. Matsuda
  • 雑誌名: Physical Review Letters 100 ページ: 207003-207003
  • 査読あり
• [雑誌論文] Magneto-Transport Properties Governed by Antiferromagnetic Fluctuations in the Heavy Fermion Superconductor CeIrIn5 (2008)
  • 著者名/発表者名: Y. Nakajima, H. Shishido, H. Nakai, T. Shibauchi, M. Hedo, Y. Uwatoko, T. Matsumoto, R. Settai, Y. Onuki. H. Kontani. Y. Matsuda
  • 雑誌名: Physical Review B 77 ページ: 214504-214504
  • 査読あり
• [学会発表] 重い電子系超伝導体CeCoIn5のエピタキシャル薄膜の作製と評価 (2010)
  • 著者名/発表者名: 水上雄太, 宍戸寛明, 安一樹, 芝内孝禎, 松田祐司, 寺嶋孝仁
  • 学会等名: 日本物理学会 第65回年次大会
  • 発表場所: 岡山大学
  • 年月日: 2010-03-22
• [学会発表] Epitaxial thin films of heavy-Fermion superconductor CeCoIn5 (2010)
  • 著者名/発表者名: 芝内孝禎, 水上雄太, 宍戸寛明, 安一樹, 松田祐司, 寺嶋孝仁
  • 学会等名: APS March meeting
  • 発表場所: Portland, Oregon, USA
  • 年月日: 2010-03-16
• [学会発表] Confinement of heavy fermion to two-dimension by the fabrication of the artificial superlatattice (2010)
  • 著者名/発表者名: 宍戸寛明, 芝内孝禎, 加藤智成, 安一樹, 紺谷浩, 寺嶋孝仁, 松田祐司
  • 学会等名: APS March meeting
  • 発表場所: Portland, Oregon, USA
  • 年月日: 2010-03-15
• [学会発表] Non-Fermi Liquid Transport Properties in Fe-Pnictide and Heavy Fermion Materials (2010)
  • 著者名/発表者名: 芝内孝禎
  • 学会等名: UK-Japan meeting
  • 発表場所: University of Bristol, UK
  • 年月日: 2010-02-23
• [学会発表] PLD法による鉄系超伝導体薄膜の作成と超伝導状態の研究 (2009)
  • 著者名/発表者名: 笠原成, 加藤智成, 竹屋浩幸, 平田和人, 芝内孝禎, 松田祐司, 寺嶋孝仁
  • 学会等名: 日本物理学会 2009年秋季大会
  • 発表場所: 熊本大学
  • 年月日: 2009-09-27
• [学会発表] Ce化合物/絶縁体超格子による重い電子系の2次元化 (2009)
  • 著者名/発表者名: 安一樹, 宍戸寛明, 芝内孝禎, 紺谷浩, 寺嶋孝仁, 松田祐司
  • 学会等名: 日本物理学会 2009年秋季大会
  • 発表場所: 熊本大学
  • 年月日: 2009-09-25
• [学会発表] 層状成長した重い電子系人工超格子による次元性制御 (2009)
  • 著者名/発表者名: 宍戸寛明, 安一樹, 加藤智成, 紺谷浩, 芝内孝禎, 寺嶋孝仁, 松田祐司
  • 学会等名: 日本物理学会 2009年秋季大会
  • 発表場所: 熊本大学
  • 年月日: 2009-09-25
• [学会発表] 重い電子系人工超格子を用いた次元性制御による量子臨界点の実現 (2009)
  • 著者名/発表者名: 安一樹, 宍戸寛明, 加藤智成, 芝内孝禎, 松田祐司, 寺嶋孝仁
  • 学会等名: 日本物理学会 第64回年次大会
  • 発表場所: 立教大学
  • 年月日: 2009-03-27
• [備考]
  • URL: http://kotai2.scphys.kyoto-u.ac.jp/index.php
• [備考]
  • URL: http://kotai2.scphys.kyoto-u.ac.jp/index.php?Research%20Highights