超シャロウバンド物質における新奇電子状態と量子凝縮相

2017 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 15H03688
• 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, 助教 (10425556)
• 研究期間 (年度): 2015-04-01 – 2018-03-31
• キーワード: 鉄系超伝導 / 超シャロウバンド / BCS-BECクロスオーバー / 異方的超伝導 / ネマティシティ / 量子臨界点 / 超伝導ギャップ構造 / 準粒子励起

研究実績の概要

鉄系超伝導体FeSeのネマティック相においては、電子構造は非常に浅く小さなフェルミ面のみで構成される。一方、その超伝導ではBCS-BECクロスオーバー領域にあるような極めて強い電子対形成相互作用が働いており、また、超伝導ギャップ関数は非常に異方的で、純良単結晶を用いた実験では偶発ノードの存在が見出されている。しかしながら、このような極めて小さなフェルミ面において、なぜ非常に異方的で、かつBCS-BECクロスオーバー領域にあるような強い電子対形成相互作用が実現し得るのかは大きな謎であり、この起源を明らかにすることは、鉄系超伝導体の超伝導発現機構の解明に繋がる重要な鍵になると期待される。
本年度の研究では、FeSeにおける電子ネマティシティと異方的な電子対形成相互作用の関係を明らかにするために、Seを等原子価のSで置換したFeSe1-xSx系に着目し、熱伝導率、及び比熱を中心とした実験を継続的に行った。特に、ネマティック相から非ネマティック相に渡る広い組成範囲での準粒子励起の変化を系統的に調べ、ネマティック量子臨界点を挟んだ超伝導ギャップ構造の変化を詳細に調べた。その結果、ネマティック相では、電子対形成における軌道選択制が非常に重要であり、Feのd軌道の縮退が解けてネマティシティが僅かでも現れると超伝導ギャップ関数が非常に異方的になることが明らかになった。一方、ネマティック量子臨界点を越えた非ネマティック相の超伝導では、超伝導ギャップ関数がネマティック相のものとは大きく異なることが明らかになった。本結果は、この系の電子対形成において、ネマティック揺らぎの軌道依存性が大きな役割を果たしていることを示しており、非常に重要な結果である [Y. Sato et al., PNAS (2018)]。

現在までの達成度 (段落)

29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

29年度が最終年度であるため、記入しない。

研究成果

• [雑誌論文] Superconducting gap anisotropy sensitive to nematic domains in FeSe (2018)
  • 著者名/発表者名: Hashimoto Takahiro、Ota Yuichi、Yamamoto Haruyoshi Q.、Suzuki Yuya、Shimojima Takahiro、Watanabe Shuntaro、Chen Chuangtian、Kasahara Shigeru、Matsuda Yuji、Shibauchi Takasada、Okazaki Kozo、Shin Shik
  • 雑誌名: Nature Commun. 巻: 9 ページ: 2
  • DOI: doi:10.1038/s41467-017-02739-y
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Abrupt change of the superconducting gap structure at the nematic critical point in FeSe1?xSx (2018)
  • 著者名/発表者名: Sato Yuki、Kasahara Shigeru、Taniguchi Tomoya、Xing Xiangzhuo、Kasahara Yuichi、Tokiwa Yoshifumi、Yamakawa Youichi、Kontani Hiroshi、Shibauchi Takasada、Matsuda Yuji
  • 雑誌名: Proc. Natl. Acad. Sci. USA 巻: 115 ページ: 1227-1231
  • DOI: https://doi.org/10.1073/pnas.1717331115
  • 査読あり
• [雑誌論文] In Situ STM Observation of Nonmagnetic Impurity Effect in MBE-grown CeCoIn5 Films (2018)
  • 著者名/発表者名: M. Haze, Y. Torii, R. Peters, S. Kasahara, Y. Kasahara, T. Shibauchi, T. Terashima, and Y. Matsuda
  • 雑誌名: J. Phys. Soc. Jpn. 巻: 87 ページ: 034702
  • DOI: https://doi.org/10.7566/JPSJ.87.034702
  • 査読あり
• [雑誌論文] Impact of Disorder on the Superconducting Phase Diagram in BaFe2(As1－xPx)2 (2017)
  • 著者名/発表者名: Y. Mizukami, M. Konczykowski, K. Matsuura, T. Watashige, S. Kasahara, Y. Matsuda, and T. Shibauchi
  • 雑誌名: J. Phys. Soc. Jpn. 巻: 86 ページ: 083706
  • DOI: https://doi.org/10.7566/JPSJ.86.083706
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Weakening of the diamagnetic shielding in FeSe1-xSx at high pressures (2017)
  • 著者名/発表者名: K. Y. Yip, Y. C. Chan, Q. Niu, K. Matsuura, Y. Mizukami, S. Kasahara, Y. Matsuda, T. Shibauchi, and S. K. Goh
  • 雑誌名: Phys. Rev. B 巻: 96 ページ: 020502(R)
  • DOI: https://doi.org/10.1103/PhysRevB.96.020502
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Thermodynamic evidence for a nematic phase transition at the onset of the pseudogap in YBa2Cu3Oy (2017)
  • 著者名/発表者名: Sato Y.、Kasahara S.、Murayama H.、Kasahara Y.、Moon E.-G.、Nishizaki T.、Loew T.、Porras J.、Keimer B.、Shibauchi T.、Matsuda Y.
  • 雑誌名: Nature Phys. 巻: 13 ページ: 1074-1078
  • DOI: doi:10.1038/nphys4205
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Maximizing Tc by tuning nematicity and magnetism in FeSe1-xSx superconductors (2017)
  • 著者名/発表者名: Matsuura K.、Mizukami Y.、Arai Y.、Sugimura Y.、Maejima N.、Machida A.、Watanuki T.、Fukuda T.、Yajima T.、Hiroi Z.、Yip K. Y.、Chan Y. C.、Niu Q.、Hosoi S.、Ishida K.、Mukasa K.、Kasahara S.、Cheng J.-G.、Goh S. K.、Matsuda Y.、Uwatoko Y.、Shibauchi T.
  • 雑誌名: Nature Commun. 巻: 8 ページ: 1143
  • DOI: DOI: 10.1038/s41467-017-01277-x
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [学会発表] Abrupt Change of the Superconducting Gap Structure at the Nematic Quantum Critical Point in FeSe1-xSx (2018)
  • 著者名/発表者名: Y. Sato, S. Kasahara, T. Taniguchi, X.Z. Xing, Y. Kasahara, Y. Tokiwa, Y. Yamakawa, H. Kontani, T. Shibauchi, Y. Matsuda
  • 学会等名: American Physical Society, March Meeting,
• [学会発表] Two Distinct Superconducting Pairing States Divided by the Nematic End Point in FeSe1-xSx (2018)
  • 著者名/発表者名: T. Hanaguri, K. Iwaya, Y. Kohsaka, T. Machida, T. Watashige, S. Kasahara, T. Shibauchi, Y. Matsuda
  • 学会等名: American Physical Society, March Meeting,
• [学会発表] Quasiparticle excitations of FeSe in the vicinity of the BCS-BEC crossover (2017)
  • 著者名/発表者名: S. Kasahara
  • 学会等名: The 16th International Workshop on Vortex Matter in Superconductors (VORTEX2017), Natal, Brazil.
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] FeSe1-xSxにおける異方的超伝導ギャップ構造 (2017)
  • 著者名/発表者名: 笠原成
  • 学会等名: 京都大学・基研研究会 「超伝導研究の最先端： 多自由度、非平衡、電子相関、トポロジー、人工制御」
  • 招待講演
• [学会発表] 鉄系超伝導体Fe(Se,S)の超伝導ギャップ異方性 (2017)
  • 著者名/発表者名: 谷口智哉, 佐藤雄貴, Xiangzhuo Xing, 笠原成, 常盤欣文, 笠原裕一, 芝内孝禎, 松田祐司
  • 学会等名: 日本物理学会 2017年秋季大会
• [学会発表] Fe(Se,S)のバンド構造と超伝導に対するネマティシティの効果 (2017)
  • 著者名/発表者名: 花栗哲郎, 岩谷克也, 幸坂祐生, 町田理, 綿重達哉, 笠原成, 芝内孝禎, 松田祐司
  • 学会等名: 日本物理学会 2017年秋季大会
• [学会発表] 鉄系超伝導体FeSe1-xSxの温度・圧力・化学置換の三次元電子相図 (2017)
  • 著者名/発表者名: 杉村優一, 松浦康平, 新井佑基, 向笠清隆, 水上雄太, 綿重達哉, 笠原成, 松田祐司, 上床美也, 芝内孝禎
  • 学会等名: 日本物理学会 2017年秋季大会
• [学会発表] FeSe1-xSx(x = 0.12)の核磁気共鳴 (2017)
  • 著者名/発表者名: 桑山昂典, 藤原直樹, 松浦康平, 水上雄太, 笠原成, 松田祐司, 芝内孝禎, 上床美也
  • 学会等名: 日本物理学会 2017年秋季大会
• [学会発表] パルス電流を用いたFeSe単結晶の渦糸フロー測定 (2017)
  • 著者名/発表者名: 高石浩行, 家永紘一郎, 金子真一, 笠原成, 松田祐司, 大熊哲
  • 学会等名: 日本物理学会 2017年秋季大会
• [学会発表] 高次高調波レーザー時間分解光電子分光法によるFeSeのコヒーレントフォノン観測 (2017)
  • 著者名/発表者名: 鈴木剛, 染谷隆史, 橋本嵩広, 道前翔矢, 渡邉真莉A, 藤澤正美, 金井輝人, 石井順久, 板谷治郎, 芝内孝禎, 笠原成, 松田祐司, 岡崎浩三, 辛埴
  • 学会等名: 日本物理学会 2017年秋季大会
• [学会発表] レーザー励起光電子顕微鏡によるFeSeにおけるネマティック秩序のドメイン観察 (2017)
  • 著者名/発表者名: 元結啓仁, 谷内敏之, 下志万貴博, 岡崎浩三, 笠原成, 芝内孝禎, 松田裕司, 辛埴
  • 学会等名: 日本物理学会 2017年秋季大会
• [備考] 京都大学量子凝縮物性研究室
  • URL: http://kotai2.scphys.kyoto-u.ac.jp/index.php?Top