量子臨界点近傍の新奇超伝導状態の解明

2018 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 15H02106
• 研究機関: 東京大学
• 研究代表者: 芝内 孝禎 東京大学, 大学院新領域創成科学研究科, 教授 (00251356)
• 研究分担者: 水上 雄太 東京大学, 大学院新領域創成科学研究科, 助教 (80734095)
• 研究期間 (年度): 2015-04-01 – 2019-03-31
• キーワード: 電子ネマティック相 / 電子相図 / 化学置換 / 高温超伝導 / 超伝導ギャップ / 非フェルミ液体 / 有効質量 / 回転対称性

研究実績の概要

本研究では、量子臨界点近傍の超伝導について着目し、量子臨界性に伴う様々な異常物性が超伝導にどのように影響を及ぼすかを明らかにすることを目的としている。平成30年度においては、過剰ホールドープ系の(Ba,Rb)Fe2As2系の単結晶試料において、正方晶の[100]および[110]方向に一軸歪みを加えた状態における弾性抵抗測定を行った。その結果、ドープ量が少ない領域では、他の鉄系超伝導体でみられるように、Fe-Fe方向の電子ネマティック揺らぎが大きいのに対して、高ドープ領域では45度方向異なるFe-As方向の揺らぎが大きくなることが明らかになった。特に、最もホールが多いRbFe2As2では、38ケルビン以下でFe-As方向のネマティック秩序が形成されている証拠を得た。この結果は、鉄系超伝導体において、通常のFe-Fe方向とFe-As方向の、2つの異なる電子ネマティック相が存在することを明らかにしたものである。また、同様な実験をCsFe2As2において行ったところ、RbFe2As2と同様にFe-As方向のネマティック揺らぎの増大が観測されたが、ネマティック秩序は低温まで観測されず、ネマティック量子臨界点の近傍の振舞いが見られた。今後、CsとRbの混晶系の研究により、ネマティック量子臨界点の実現が期待される。
次に、Fe(Se,S)系超伝導体について、オランダ高磁場研究所との共同研究により、磁場で超伝導を抑制した状態における輸送現象の測定を行った。この系ではFeSeで90ケルビンに現れる電子ネマティック秩序がS置換により抑制されネマティック量子臨界点の存在が示されている。本研究により、このネマティック量子臨界点近傍で、低温まで温度に比例する電気抵抗率の温度依存性が観測された。この結果は、ネマティック量子臨界ゆらぎにより非フェルミ液体的振舞いが現れることを明らかにしたものである。

現在までの達成度 (段落)

平成30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

平成30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] ルール大学ボーフム(ドイツ)
  • 国名: ドイツ
  • 外国機関名: ルール大学ボーフム
• [国際共同研究] ラドバウド大学/ブリストル大学(オランダ)
  • 国名: オランダ
  • 外国機関名: ラドバウド大学/ブリストル大学
• [国際共同研究] オックスフォード大学/カールスルーエ工科大学/セントアンドリュース大学(英国)
  • 国名: 英国
  • 外国機関名: オックスフォード大学/カールスルーエ工科大学/セントアンドリュース大学
  • 他の機関数: 4
• [雑誌論文] 77Se-NMR Study under Pressure on 12%-S Doped FeSe (2019)
  • 著者名/発表者名: T. Kuwayama, K. Matsuura, Y. Mizukami, S. Kasahara, Y. Matsuda, T. Shibauchi, Y. Uwatoko, and N. Fujiwara,
  • 雑誌名: J. Phys. Soc. Jpn. 巻: 88 ページ: 033703
  • DOI: 10.7566/JPSJ.88.033703
  • 査読あり
• [雑誌論文] Quantum Vortex Core and Missing Pseudogap in the Multi-Band BCS-BEC-Crossover Superconductor FeSe (2019)
  • 著者名/発表者名: T. Hanaguri, S. Kasahara, J. Boeker, I. Eremin, T. Shibauchi, and Y. Matsuda,
  • 雑誌名: Phys. Rev. Lett. 巻: 122 ページ: 077001
  • DOI: 10.1103/PhysRevLett.122.077001
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Electrical Resistivity across a Nematic Quantum Critical Point (2019)
  • 著者名/発表者名: S. Licciardello, J. Buhot, J. Lu, J. Ayres, S. Kasahara, Y. Matsuda, T. Shibauchi, and N. E. Hussey,
  • 雑誌名: Nature 巻: 567 ページ: 213-217
  • DOI: 10.1038/s41586-019-0923-y
  • 査読あり / 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: A. I. Coldea, S. F. Blake, S. Kasahara, A. A. Haghighirad, M. D. Watson, W. Knafo, E. S. Choi, A. McCollam, T. Yamashita, Y. Matsuda, M. Bruma, S. Speller, T. Wolf, T. Shibauchi, and A. J. Schofield,
  • 雑誌名: npj Quantum Mater. 巻: 4 ページ: 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] Two Distinct Superconducting Pairing States Divided by the Nematic End Point in FeSe1-xSx (2019)
  • 著者名/発表者名: T. Hanaguri, K. Iwaya, Y. Kohsaka, T. Machida, T. Watashige, S. Kasahara, T. Shibauchi, and Y. Matsuda,
  • 雑誌名: Sci. Adv. 巻: 4 ページ: eaar6419
  • DOI: 10.1126/sciadv.aar6419
  • 査読あり / オープンアクセス
• [学会発表] Novel Electronic Nematicity in (Ba,Rb)Fe2As2 (2019)
  • 著者名/発表者名: T. Shibauchi
  • 学会等名: Symposium 5 - Unconventional superconductivity in Fe-based materials under extreme conditions, Study of Matter at Extreme Conditions (SMEC2019)
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] High-Tc superconducting phases of FeSe-based materials at high pressure (2019)
  • 著者名/発表者名: T. Shibauchi
  • 学会等名: Symposium 7 - Emerging layered superconductors and related materials, Study of Matter at Extreme Conditions (SMEC2019)
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] BCS-BEC crossover in FeSe-based superconductors (2019)
  • 著者名/発表者名: T. Shibauchi
  • 学会等名: the 2nd Symposium for World Leading Research Centers -Materials Science and Spintronics- 2019
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Full gap superconductivity robust against disorder in heavy-fermion CeCu2Si2 (2019)
  • 著者名/発表者名: T. Shibauchi
  • 学会等名: PLASMA 2019 Workshop
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Nematic fluctuations and superconductivity in iron-based superconductors (2018)
  • 著者名/発表者名: T. Shibauchi
  • 学会等名: 12th International Conference on Materials and Mechanisms of Superconductivity and High-Temperature Superconductivity (M2S-2018)
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] BCS-BEC crossover in FeSe1-xSx superconductors (2018)
  • 著者名/発表者名: T. Shibauchi
  • 学会等名: 2018 Trieste meeting on Strongly Correlated Electronic Systems ``Correlations in Electron Systems - from Quantum Criticality to Topology"
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] BCS-BEC crossover physics in Fe(Se,S) superconductors (2018)
  • 著者名/発表者名: T. Shibauchi
  • 学会等名: 12th International Conference on Ceramic Materials and Components for Energy and Environmental Applications (CMCEE 2018)
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] (Key Lecture) BCS-BEC crossover in Fe(Se,S) superconductors (2018)
  • 著者名/発表者名: T. Shibauchi
  • 学会等名: International Conference on Quantum Complex Matter (QCM2018)
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Unusual BCS-BEC crossover in Fe(Se,S) superconductors (2018)
  • 著者名/発表者名: T. Shibauchi
  • 学会等名: Workshop on Correlated Electron Systems - Novel Developments
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Phase diagrams and quantum criticality in iron-based superconductors (2018)
  • 著者名/発表者名: T. Shibauchi
  • 学会等名: Workshop Quantum Many Body States 2018
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] BCS-BEC crossover in FeSe1-xSx superconductors (2018)
  • 著者名/発表者名: T. Shibauchi
  • 学会等名: Korean Physical Society spring meeting
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Nematic order and BCS-BEC crossover in iron-chalcogenide superconductors (2018)
  • 著者名/発表者名: T. Shibauchi
  • 学会等名: International Workshop on Novel Phenomena in Quantum Materials driven by Multipoles and Topology
  • 国際学会 / 招待講演
• [備考] 芝内研究室
  • URL: http://qpm.k.u-tokyo.ac.jp
• [備考] 電子液晶がもたらす不思議な金属状態を発見
  • URL: http://www.k.u-tokyo.ac.jp/info/entry/22_entry717/
• [備考] 「電子液晶」が超伝導に与える影響を直接観測 －高温超伝導を理解する手がかり－
  • URL: http://www.k.u-tokyo.ac.jp/info/entry/22_entry648/