新規層状超伝導体における非従来型量子臨界的挙動と超伝導の結合

2017 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 15H03693
• 研究機関: 首都大学東京
• 研究代表者: 青木 勇二 首都大学東京, 理工学研究科, 教授 (20231772)
• 研究期間 (年度): 2015-04-01 – 2018-03-31
• キーワード: BiS2系超伝導体 / ファンデルワールス積層構造 / 空間反転対称性の破れ / スピン軌道結合

研究実績の概要

BiS2 系層状超伝導体の純良単結晶を用いた物性測定を進めた。Pr系では、Pr4f電子の磁気異方性がキャリア密度に大きく依存し、キャリア密度の増大とともに異方性が消失していく振る舞いを見出した。La系では、精密に磁場方向を制御した磁場中電気抵抗測定を香港中文大学グループと行い、超伝導の磁気異方性を明らかにした。コヒーレンス長が約20倍の異方性を持つこと、面内上部臨界磁場がPauli限界磁場を超えること（局所的空間反転対称性が破れたBiの6p電子に働く強いスピン軌道結合に起因）、波数空間内で超伝導ギャップの大きさが異方性を持つこと（上部臨界磁場の異常な温度依存性より）、などを明らかにした。Eu3Bi2S4F4では、初めての単結晶育成に成功した。2.2 K以下の反強磁性状態でメタ磁性異常を見出し、Eu秩序磁気モーメントがz軸方向を向いていることを初めて明らかにした。
また、育成した純良単結晶試料を用いて、国内外の研究グループと多面的な共同研究を進めた。空間分解ARPES測定により、CeOBiS2の欠陥近傍に金属的領域が形成されていることを見出した。この局所的金属化は、欠陥によるBiS2層の局所的対称性の破れとCe価数のズレが協調し、自己キャリアドープが起こったものと理解できる。
さらに、BiS2系と同様にファンデルワールス積層構造を持つワイル半金属WTe2へと研究を発展させた。残留抵抗比が1300以上に達する世界最高レベルの高純度単結晶育成に成功した。低温9Tの磁場中で1,500,000%もの巨大磁気抵抗効果を示すことを確認した。電子輸送効果の精密測定を行い、3 K以下の低磁場領域でHall抵抗が正へと符号反転していることを発見した。電子と正孔の移動度が、互いに異なる特異な温度依存性を持つことを示唆しており、本系のトポロジカル電子状態を究明する上で重要な特徴であると考えられる。

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。

備考

新規超伝導体の母物質CeOBiS2における非従来型の量子臨界的挙動を紹介。

研究成果

• [国際共同研究] ローマ・ラ・サピエンツァ大学/Elettra, Sincrotrone Trieste(イタリア)
  • 国名: イタリア
  • 外国機関名: ローマ・ラ・サピエンツァ大学/Elettra, Sincrotrone Trieste
• [国際共同研究] The Chinese University of Hong Kong(中国)
  • 国名: 中国
  • 外国機関名: The Chinese University of Hong Kong
• [国際共同研究] Universidade Federal do ABC (UFABC)(ブラジル)
  • 国名: ブラジル
  • 外国機関名: Universidade Federal do ABC (UFABC)
• [雑誌論文] Metallic phase in stoichiometric CeOBiS2 revealed by space-resolved ARPES (2018)
  • 著者名/発表者名: Sugimoto T.、Paris E.、Wakita T.、Terashima K.、Yokoya T.、Barinov A.、Kajitani J.、Higashinaka R.、Matsuda T. D.、Aoki Y.、Mizokawa T.、Saini N. L.
  • 雑誌名: Scientific Reports 巻: 8 ページ: 2011[5 pages]
  • DOI: 10.1038/s41598-018-20351-y
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Superconductivity in Cage Compounds LaTr2Al20 with Tr = Ti, V, Nb, and Ta (2018)
  • 著者名/発表者名: Yamada Akira、Higashinaka Ryuji、Matsuda Tatsuma D.、Aoki Yuji
  • 雑誌名: Journal of the Physical Society of Japan 巻: 87 ページ: 033707[5 Pages]
  • DOI: 10.7566/JPSJ.87.033707
  • 査読あり
• [雑誌論文] Anisotropic two-gap superconductivity and the absence of a Pauli paramagnetic limit in single-crystalline LaO0.5F0.5BiS2 (2018)
  • 著者名/発表者名: Chan Y. C.、Yip K. Y.、Cheung Y. W.、Chan Y. T.、Niu Q.、Kajitani J.、Higashinaka R.、Matsuda T. D.、Yanase Y.、Aoki Y.、Lai K. T.、Goh Swee K.
  • 雑誌名: Physical Review B 巻: 97 ページ: 104509[6 pages]
  • DOI: 10.1103/PhysRevB.97.104509
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Anomalous magnetotransport properties of high-quality single crystals of Weyl semimetal WTe 2 : Sign change of Hall resistivity (2018)
  • 著者名/発表者名: Jha Rajveer、Higashinaka Ryuji、Matsuda Tatsuma D.、Ribeiro Raquel A.、Aoki Yuji
  • 雑誌名: Physica B: Condensed Matter 巻: 536 ページ: 68～71
  • DOI: 10.1016/j.physb.2017.09.077
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Single crystal growth and physical properties of BiS 2 -layered compound Eu 3 Bi 2 S 4 F 4 (2018)
  • 著者名/発表者名: Higashinaka Ryuji、Endo Hideaki、Kajitani Joe、Matsuda Tatsuma D.、Aoki Yuji
  • 雑誌名: Physica B: Condensed Matter 巻: 536 ページ: 824～826
  • DOI: 10.1016/j.physb.2017.09.092
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Intrinsic Phase Diagram of Superconductivity in the BiCh2-Based System Without In-Plane Disorder (2017)
  • 著者名/発表者名: Nagasaka Kouhei、Nishida Atsuhiro、Jha Rajveer、Kajitani Joe、Miura Osuke、Higashinaka Ryuji、Matsuda Tatsuma D.、Aoki Yuji、Miura Akira、Moriyoshi Chikako、Kuroiwa Yoshihiro、Usui Hidetomo、Kuroki Kazuhiko、Mizuguchi Yoshikazu
  • 雑誌名: Journal of the Physical Society of Japan 巻: 86 ページ: 074701[6 Pages]
  • DOI: 10.7566/JPSJ.86.074701
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Low Curie temperature ferromagnetic phase in SmPt2Cd20 possibly accompanied by strong quantum fluctuations (2017)
  • 著者名/発表者名: Yamada Akira、Oike Shota、Higashinaka Ryuji、Matsuda Tatsuma D.、Aoki Yuji
  • 雑誌名: Physical Review B 巻: 96 ページ: 085102[5pages]
  • DOI: 10.1103/PhysRevB.96.085102
  • 査読あり
• [雑誌論文] Antiferroquadrupolar Ordering in Quadrupolar Kondo Lattice of Non-Kramers System PrTa2Al20 (2017)
  • 著者名/発表者名: Higashinaka Ryuji、Nakama Akihiro、Miyazaki Ryoichi、Yamaura Jun-ichi、Sato Hideyuki、Aoki Yuji
  • 雑誌名: Journal of the Physical Society of Japan 巻: 86 ページ: 103703[5 Pages]
  • DOI: 10.7566/JPSJ.86.103703
  • 査読あり
• [雑誌論文] SnAs-Based Layered Superconductor NaSn2As2 (2017)
  • 著者名/発表者名: Goto Yosuke、Yamada Akira、Matsuda Tatsuma D.、Aoki Yuji、Mizuguchi Yoshikazu
  • 雑誌名: Journal of the Physical Society of Japan 巻: 86 ページ: 123701[4 Pages]
  • DOI: 10.7566/JPSJ.86.123701
  • 査読あり / オープンアクセス
• [学会発表] Unconventional 4f-electron magnetism in Ln(O,F)BiS2 layered superconductors (2018)
  • 著者名/発表者名: Yuji Aoki, Ryuji Higashinaka, and Tatsuma D Matsuda
  • 学会等名: The 21st International Conference on Solid Compounds of Transition Elements (SCTE2018)
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] 層状超伝導体PrO1-xFxBiS2単結晶の4f 電子磁性と輸送特性 (2018)
  • 著者名/発表者名: 山本直季, 三田昌明, 浅野卓也, 梶谷丈, 東中隆二, 松田達磨, 青木勇二
  • 学会等名: 日本物理学会第73回年次大会
• [学会発表] Ln(O1-xFx)BiS2(Ln=Ce,Nd) の磁場中muSR (2018)
  • 著者名/発表者名: 髭本亘, 伊藤孝, 大嶋浩平, 岡澤赳, 友野大, 三原基嗣, 三田昌明, 東中隆二, 松田達磨, 青木勇二
  • 学会等名: 日本物理学会第73回年次大会
• [学会発表] R(O,F)BiS2 のフェルミ面と電荷軌道不安定性 (2018)
  • 著者名/発表者名: 守田智洋, 岡本陽平, 松澤悠, 溝川貴司, Eike Schwier, 島田賢也, Naurang Saini, 梶谷丈, 東中隆二, 松田 達磨, 青木勇二
  • 学会等名: 日本物理学会第73回年次大会
• [学会発表] Pr(O,F)BiS2 の電子構造と原子価状態 (2018)
  • 著者名/発表者名: 松澤悠, 黒川輝風, 岡本陽平, 守田智洋, 溝川貴司, E.F.Shwier, 島田賢也, Naurang Saini, 東中隆二, 松田 達磨, 青木勇二
  • 学会等名: 日本物理学会第73回年次大会
• [学会発表] Unconventional magnetic and transport properties of van der Waals layered materials: BiS2-based superconductors and Weyl semimetals (2017)
  • 著者名/発表者名: Yuji Aoki, Masaaki Mita, Naoki Yamamoto, Shota Onishi, Joe Kajitani, Rajveer Jha, Ryuji Higashinaka, Tatsuma D Matsuda
  • 学会等名: European Materials Research Society (E-MRS) 2017 Fall Meeting
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] LaO1-xFxBiS2 における長周期格子変調のx 依存性 (2017)
  • 著者名/発表者名: 佐賀山遼子, 佐賀山基, 熊井玲児, 村上洋一, 浅野卓也, 三田昌明, 梶谷丈, 東中隆二, 松田達磨, 青木勇二
  • 学会等名: 日本物理学会第2017年秋季大会
• [学会発表] 角度分解光電子分光によるR(O,F)BiS2 のバンド構造 (2017)
  • 著者名/発表者名: 守田智洋, 岡本陽平, 松澤悠, 溝川貴司, Eike Schwier, 島田賢也, Naurang Saini, 梶谷丈, 東中隆二, 松田 達磨, 青木勇二
  • 学会等名: 日本物理学会第2017年秋季大会
• [学会発表] 光電子分光によるR(O,F)BiS2 の電子状態 (2017)
  • 著者名/発表者名: 黒川輝風, 松澤悠, 岡本陽平, 守田智洋, 溝川貴司, E. F. Schwier, 島田賢也, Naurang Saini, 梶谷丈, 東中 隆二, 松田達磨, 青木勇二
  • 学会等名: 日本物理学会第2017年秋季大会
• [学会発表] Non-Fermi-liquid 4f-electron behaviors in Ln(O1-xFx)BiS2 layered superconductors (2017)
  • 著者名/発表者名: Yuji Aoki, Masaaki Mita, Naoki Yamamoto, Shota Onishi, Joe Kajitani, Ryuji Higashinaka, and Tatsuma D Matsuda
  • 学会等名: The International Conference on Strongly Correlated Electron Systems (SCES2017)
  • 国際学会
• [学会発表] Single crystal growth and physical properties of BiS2-layered compounds: Eu3Bi2S4F4 (2017)
  • 著者名/発表者名: Ryuji Higashinaka, Hideaki Endo, Jo Kajitani, Tatsuma D Matsuda, and Yuji Aoki
  • 学会等名: The International Conference on Strongly Correlated Electron Systems (SCES2017)
  • 国際学会
• [備考] 研究紹介「新規超伝導体の母物質CeOBiS2における量子臨界的挙動」
  • URL: http://denshi-server.phys.se.tmu.ac.jp/research.htm