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時間および空間反転対称性を破る奇パリティ・アナポール秩序の解明

研究課題

研究課題/領域番号 21H04443
研究種目

基盤研究(A)

配分区分補助金
応募区分一般
審査区分 中区分13:物性物理学およびその関連分野
研究機関岡山大学

研究代表者

笠原 成  岡山大学, 異分野基礎科学研究所, 教授 (10425556)

研究期間 (年度) 2021-04-05 – 2025-03-31
研究課題ステータス 交付 (2024年度)
配分額 *注記
43,290千円 (直接経費: 33,300千円、間接経費: 9,990千円)
2024年度: 3,510千円 (直接経費: 2,700千円、間接経費: 810千円)
2023年度: 6,500千円 (直接経費: 5,000千円、間接経費: 1,500千円)
2022年度: 7,020千円 (直接経費: 5,400千円、間接経費: 1,620千円)
2021年度: 26,260千円 (直接経費: 20,200千円、間接経費: 6,060千円)
キーワード奇パリティ秩序 / 時間反転対称性の破れ / 強相関電子系 / エキゾチック凝縮相 / アナポール / 熱輸送測定 / 磁気トルク / 圧力下比熱測定 / 新奇凝縮状態 / 磁気トルク測定 / ネマティック秩序 / ネマティック量子臨界点 / FFLO超伝導 / 量子液晶 / イリジウム酸化物 / 銅酸化物
研究開始時の研究の概要

凝縮系物理学において、時間および空間反転対称性を自発的に破る奇パリティのアナポール秩序は極めて稀有な新奇量子相である。本研究では、5dイリジウム酸化物Sr2IrO4を母物質としたスピン・軌道モット絶縁体近傍での電子状態に焦点をあて、強相関電子系が創発する奇パリティ・アナポール秩序の探索と解明に取り組む。回転対称性の破れを超高感度で検出可能な面内磁気トルク測定、磁気カイラリティに敏感な熱ホール効果測定を駆使することで、アナポール秩序の有無を検証し、これをもたらす軌道ループ電流のパターンを特定することで、量子多体系が示す新奇量子状態の基礎物理構築に臨む。

研究実績の概要

電荷・スピン・軌道といった複合自由度が絡み合う強相関電子系物質においては、多種多様なエキゾチック凝縮相が創発される。本研究では、そのようなエキゾチック凝縮相の探索と解明を主眼におき、時間および空間反転対称性の両者を自発的に破る奇パリティ秩序 (=アナポール秩序)などの研究を進めている。当該年度では、前年度に引き続き、鉄系超伝導体FeSe1-xSxにおける回転対称性の破れたネマティック相とその量子臨界現象に関する物理を強磁場輸送現象測定などを通じて調べ、その量子臨界性についての報告を行った。また、新研究室において、3He冷凍機を用いた長時間緩和法を用いた精密比熱測定の立ち上げに取り組み、これと並行して前年度に引き続き、熱輸送測定システムの開発取り組んだ。

現在までの達成度 (区分)
現在までの達成度 (区分)

2: おおむね順調に進展している

理由

前年度は新型コロナウィルスの影響により、実験装置開発において世界的な部材・人材不足が発生したが、3He装置が納入されるなど、一部の極低温実験が可能な環境が整ってきた。これにより長時間緩和法による精密比熱測定を立ち上げることができ、現在、鉄系超伝導体FeSe1-xSxをはじめとしたエキゾチック量子相の開拓が進んできている。このことからおおむね順調であると判断する。

今後の研究の推進方策

新型コロナの影響による装置の納入遅れによって、研究指針は当初計画と異なる方向に進める必要が生じたが、鉄系超伝導体FeSe1-xSxのネマティック秩序とその量子臨界点に関する物理や、各種のエキゾチック凝縮相に関する研究を進めることができている。このことから、当初の主眼であるアナポール秩序に限らず、様々な凝縮相に関する研究を進めていく。

報告書

(3件)
  • 2022 実績報告書
  • 2021 審査結果の所見   実績報告書
  • 研究成果

    (25件)

すべて 2023 2022 2021 その他

すべて 国際共同研究 (6件) 雑誌論文 (16件) (うち国際共著 10件、 査読あり 16件、 オープンアクセス 10件) 学会発表 (3件) (うち国際学会 2件、 招待講演 3件)

  • [国際共同研究] Bristol University(英国)

    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
  • [国際共同研究] Radboud University(オランダ)

    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
  • [国際共同研究] Bristol University(英国)

    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
  • [国際共同研究] Radboud University(オランダ)

    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
  • [国際共同研究] Paul Scherrer Institute(スイス)

    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
  • [国際共同研究] Brookhaven National Laboratory/Massachusetts Institute of Technology/University of Michigan(米国)

    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
  • [雑誌論文] Enhanced Superconducting Pairing Strength near a Pure Nematic Quantum Critical Point2023

    • 著者名/発表者名
      Mukasa Kiyotaka、Ishida Kousuke、Imajo Shusaku、Qiu Mingwei、Saito Mikihiko、Matsuura Kohei、Sugimura Yuichi、Liu Supeng、Uezono Yu、Otsuka Takumi、Culo Matija、Kasahara Shigeru、Matsua Yuji、Hussey Nigel E.、Watanabe Takao、Kindo Koichi、Shibauchi Takasada
    • 雑誌名

      Physical Review X

      巻: 13 号: 1 ページ: 011032-011032

    • DOI

      10.1103/physrevx.13.011032

    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Transport evidence for decoupled nematic and magnetic criticality in iron chalcogenides2022

    • 著者名/発表者名
      Ayres Jake、Culo Matija、Buhot Jonathan、Bernath Bence、Kasahara Shigeru、Matsuda Yuji、Shibauchi Takasada、Carrington Antony、Friedemann Sven、Hussey Nigel E.
    • 雑誌名

      Communications Physics

      巻: 5 号: 1 ページ: 100-100

    • DOI

      10.1038/s42005-022-00873-8

    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Resistivity and thermal conductivity of an organic insulator β'-EtMe3Sb[Pd(dmit)2]22022

    • 著者名/発表者名
      Yamashita Minoru、Sato Yuki、Kasahara Yuichi、Kasahara Shigeru、Shibauchi Takasada、Matsuda Yuji
    • 雑誌名

      Scientific Reports

      巻: 12 号: 1 ページ: 9187-9187

    • DOI

      10.1038/s41598-022-13155-8

    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Quantized and unquantized thermal Hall conductance of the Kitaev spin liquid candidate α-RuCl32022

    • 著者名/発表者名
      Kasahara Y.、Suetsugu S.、Asaba T.、Kasahara S.、Shibauchi T.、Kurita N.、Tanaka H.、Matsuda Y.
    • 雑誌名

      Physical Review B

      巻: 106 号: 6

    • DOI

      10.1103/physrevb.106.l060410

    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] スピン軌道モット絶縁体Sr2Ir1-xRhxO4におけるアナポール秩序2022

    • 著者名/発表者名
      村山陽奈子,笠原 成,松田祐司
    • 雑誌名

      固体物理

      巻: 12 ページ: 821-830

    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Intrinsic suppression of the topological thermal Hall effect in an exactly solvable quantum magnet2022

    • 著者名/発表者名
      S. Suetsugu, T. Yokoi, K. Totsuka, T. Ono, I. Tanaka, S. Kasahara, Y. Kasahara, Z. Chengchao, H. Kageyama, and Y. Matsuda
    • 雑誌名

      Physical Review B

      巻: 105 号: 2 ページ: 024415-024415

    • DOI

      10.1103/physrevb.105.024415

    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Charge-neutral fermions and magnetic field-driven instability in insulating YbIr3Si72022

    • 著者名/発表者名
      Sato Y.、Suetsugu S.、Tominaga T.、Kasahara Y.、Kasahara S.、Kobayashi T.、Kitagawa S.、Ishida K.、Peters R.、Shibauchi T.、Nevidomskyy A. H.、Qian L.、Morosan E.、Matsuda Y.
    • 雑誌名

      Nature Communications

      巻: 13 号: 1 ページ: 394-394

    • DOI

      10.1038/s41467-021-27541-9

    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Putative Hall response of the strange metal component in <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"><mml:mrow><mml:mi>Fe</mml:mi><mml:msub><mml:mi>Se</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>?</mml:mo><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">S</mml:mi><mml:mi>x</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:math>2021

    • 著者名/発表者名
      Culo M.、Berben M.、Hsu Y.-T.、Ayres J.、Hinlopen R. D. H.、Kasahara S.、Matsuda Y.、Shibauchi T.、Hussey N. E.
    • 雑誌名

      Physical Review Research

      巻: 3 号: 2 ページ: 023069-023069

    • DOI

      10.1103/physrevresearch.3.023069

    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Quadrupolar charge dynamics in the nonmagnetic FeSe1-xSx superconductors2021

    • 著者名/発表者名
      Zhang Weilu、Wu Shangfei、Kasahara Shigeru、Shibauchi Takasada、Matsuda Yuji、Blumberg Girsh
    • 雑誌名

      Proceedings of the National Academy of Sciences

      巻: 118 号: 20

    • DOI

      10.1073/pnas.2020585118

    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Topological surface conduction in Kondo insulator YbB<sub>12</sub>2021

    • 著者名/発表者名
      Sato Y、Xiang Z、Kasahara Y、Kasahara S、Chen L、Tinsman C、Iga F、Singleton J、Nair N L、Maksimovic N、Analytis J G、Li Lu、Matsuda Y
    • 雑誌名

      Journal of Physics D: Applied Physics

      巻: 54 号: 40 ページ: 404002-404002

    • DOI

      10.1088/1361-6463/ac10d9

    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Description of Resonant Inelastic X-Ray Scattering in Correlated Metals2021

    • 著者名/発表者名
      Gilmore Keith、Pelliciari Jonathan、Huang Yaobo、Kas Joshua J.、Dantz Marcus、Strocov Vladimir N.、Kasahara Shigeru、Matsuda Yuji、Das Tanmoy、Shibauchi Takasada、Schmitt Thorsten
    • 雑誌名

      Physical Review X

      巻: 11 号: 3 ページ: 031013-031013

    • DOI

      10.1103/physrevx.11.031013

    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Half-integer quantized anomalous thermal Hall effect in the Kitaev material candidate α-RuCl <sub>3</sub>2021

    • 著者名/発表者名
      Yokoi T.、Ma S.、Kasahara Y.、Kasahara S.、Shibauchi T.、Kurita N.、Tanaka H.、Nasu J.、Motome Y.、Hickey C.、Trebst S.、Matsuda Y.
    • 雑誌名

      Science

      巻: 373 号: 6554 ページ: 568-572

    • DOI

      10.1126/science.aay5551

    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Observation of a superconducting state of a topological superconductor candidate, FeTe<sub>0.6</sub>Se<sub>0.4</sub>, equipping ferromagnetic electrodes with perpendicular magnetic anisotropy2021

    • 著者名/発表者名
      Ohnishi Kosuke、Gupta Sachin、Kasahara Shigeru、Kasahara Yuichi、Matsuda Yuji、Shigematsu Ei、Ohshima Ryo、Ando Yuichiro、Shiraishi Masashi
    • 雑誌名

      Applied Physics Express

      巻: 14 号: 9 ページ: 093002-093002

    • DOI

      10.35848/1882-0786/ac1ca4

    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Pressure-Induced Reconstitution of Fermi Surfaces and Spin Fluctuations in S-Substituted FeSe2021

    • 著者名/発表者名
      T. Kuwayama, K. Matsuura, J. Gouchi, Y. Mizukami, S. Kasahara, Y. Matsuda, T. Shibauchi, H. Kontani, Y. Uwatoko and N. Fujiwara
    • 雑誌名

      Scientific Reports

      巻: 11 号: 1 ページ: 17265-17265

    • DOI

      10.1038/s41598-021-96277-9

    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Discovery of mesoscopic nematicity wave in iron-based superconductors2021

    • 著者名/発表者名
      Shimojima T.、Motoyui Y.、Taniuchi T.、Bareille C.、Onari S.、Kontani H.、Nakajima M.、Kasahara S.、Shibauchi T.、Matsuda Y.、Shin S.
    • 雑誌名

      Science

      巻: 373 号: 6559 ページ: 1122-1125

    • DOI

      10.1126/science.abd6701

    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Quasiparticle Nodal Plane in the Fulde-Ferrell-Larkin-Ovchinnikov State of FeSe2021

    • 著者名/発表者名
      Kasahara S.、Suzuki H.、Machida T.、Sato Y.、Ukai Y.、Murayama H.、Suetsugu S.、Kasahara Y.、Shibauchi T.、Hanaguri T.、Matsuda Y.
    • 雑誌名

      Physical Review Letters

      巻: 127 号: 25 ページ: 257001-257001

    • DOI

      10.1103/physrevlett.127.257001

    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 査読あり
  • [学会発表] Fulde-Ferrell-Larkin-Ovchinnikov States in the BCS-BEC-Crossover Superconductor FeSe2022

    • 著者名/発表者名
      S. Kasahara
    • 学会等名
      The 13th International Conference on Materials and Mechanisms of Superconductivity & High Temperature Superconductors
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Fulde-Ferrell-Larkin-Ovchinnikov States in the BCS-BEC-Crossover Superconductor FeSe2021

    • 著者名/発表者名
      Shigeru Kasahara
    • 学会等名
      18th International Vortex Conference 2021 (Vortex 2021)
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] FeSeにおけるFFLO超伝導相2021

    • 著者名/発表者名
      笠原 成
    • 学会等名
      日本物理学会 2021年秋季大会
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 招待講演

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公開日: 2021-04-28   更新日: 2024-12-25  

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