重い電子系薄膜の界面設計による新奇超伝導相の創成

2017 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 15H05457
• 研究機関: 京都大学
• 研究代表者: 笠原 裕一 京都大学, 理学研究科, 准教授 (10511941)
• 研究期間 (年度): 2015-04-01 – 2019-03-31
• キーワード: 超伝導 / 界面制御 / 強相関電子系

研究実績の概要

本研究は、独自の重い電子系超伝導体薄膜の作製技術を用い、ヘテロ構造による界面設計や超格子作製を行うことで、人工的に特異な超伝導物質の開発や新奇超伝導現象の探索を行うことを目的とする。前年度にトリコロール（三色）超格子における空間反転対称性の破れた超伝導状態の実現とその人工制御、および反強磁性体と超伝導体を交互積層したハイブリッド超格子における磁気揺らぎの注入による超強結合超伝導の実現に成功し、それぞれ今年度中にPhys. Rev. BおよびPhys. Rev. Lett.への掲載が決定した。さらに京都大学・石田教授のグループとの共同研究により、重い電子系超格子のNMR測定を行うことで，微視的な電子・磁気状態の解明に関する研究を行った。その結果、ハイブリッド超格子と磁性層を含まない超格子との比較から、隣接する反強磁性体CeRhIn5からCeCoIn5へと磁気ゆらぎが注入されていることを微視的に捉えた。
今年度からトポロジカル超伝導のエッジ状態の観測を目指し、我々が開発したMBE-STM複合装置を用いた重い電子系薄膜のその場電子状態観測の研究を開始した。非磁性不純物のZnをドープしたCeCoIn5において、常伝導状態および超伝導状態における局所電子状態を調べた結果、不純物周辺で磁性や束縛状態が誘起されず、重い電子状態もほとんど変化しないことが明らかとなった。これは銅酸化物高温超伝導体とは大きく異なるものであり、遍歴性の強い重い電子系の性質を反映したものであると考えられる。この成果はJ. Phys. Soc. Jpn.に掲載された。さらに反強磁性体CeRhIn5のMBE-STM測定を行い、反強磁性状態における重い電子状態形成の証拠を得た。これは数十年来にわたる未解決問題を明らかにする上で極めて重要な知見であり、これまで提出されてた理論に大きな制約を与えるものである。

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。

研究成果

• [雑誌論文] Tuning the Pairing Interaction in a d-Wave Superconductor by Paramagnons Injected through Interfaces (2018)
  • 著者名/発表者名: M. Naritsuka, P. F. S. Rosa, Y. Luo, Y. Kasahara, Y. Tokiwa, T. Ishii, S. Miyake, T. Terashima, T. Shibauchi, F. Ronning, J. D. Thompson, Y. Matsuda
  • 雑誌名: Physical Review Letters 巻: 印刷中 ページ: 印刷中
  • 査読あり / 国際共著
• [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, Y. Matsuda
  • 雑誌名: Journal of the Physical Society of Japan 巻: 87 ページ: 034702-1～4
  • DOI: 10.7566/JPSJ.87.034702
  • 査読あり
• [雑誌論文] Fully gapped superconductivity with no sign change in the prototypical heavy-fermion CeCu2Si2 (2017)
  • 著者名/発表者名: T. Yamashita, T. Takenaka, Y. Tokiwa, J. A. Wilcox, Y. Mizukami, D. Terazawa, Y. Kasahara, S. Kittaka, T. Sakakibara, M. Konczykowski, S. Seiro, H. S. Jeevan, C. Geibel, C. Putzke, T. Onishi, H. Ikeda, A. Carrington, T. Shibauchi, Y. Matsuda
  • 雑誌名: Science Advances 巻: 3 ページ: e1601667-1～7
  • DOI: 10.1126/sciadv.1601667
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Full-Gap Superconductivity Robust against Disorder in Heavy-Fermion CeCu2Si2 (2017)
  • 著者名/発表者名: T. Takenaka, Y. Mizukami, J. A. Wilcox, M. Konczykowski, S. Seiro, C. Geibel, Y. Tokiwa, Y. Kasahara, C. Putzke, Y. Matsuda, A. Carrington, T. Shibauchi
  • 雑誌名: Physical Review Letters 巻: 119 ページ: 077001-1～5
  • DOI: 10.1103/PhysRevLett.119.077001
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Emergent exotic superconductivity in artificially engineered tricolor Kondo superlattices (2017)
  • 著者名/発表者名: M. Naritsuka, P. F. S. Rosa, Y. Luo, Y. Kasahara, Y. Tokiwa, T. Ishii, S. Miyake, T. Terashima, T. Shibauchi, F. Ronning, J. D. Thompson, Y. Matsuda
  • 雑誌名: Physical Review B 巻: 96 ページ: 174512-1～10
  • DOI: 10.1103/PhysRevB.96.174512
  • 査読あり / 国際共著
• [学会発表] CeCoIn5/CeIn3近藤超格子の超伝導状態 (2018)
  • 著者名/発表者名: 成塚政裕, 三宅聡平, 下澤雅明, 芝内孝禎, 笠原裕一, 寺嶋孝仁, 松田祐司
  • 学会等名: 日本物理学会第73回年次大会
• [学会発表] 115In-NMR/NQRで観る人工超格子CeCoIn5/CeRhIn5及びエピタキシャル膜CeRhIn5の磁気構造の層数依存性 (2018)
  • 著者名/発表者名: 仲嶺元輝, 山中隆義, 北川俊作, 石田憲二, 石井智大, 成塚政裕, 鳥井陽平, 下澤雅明, 宍戸寛明, 笠原成, 常盤欣文, 笠原裕一, 水上雄太, 芝内孝禎, 寺嶋孝仁, 松田祐司
  • 学会等名: 日本物理学会第73回年次大会
• [学会発表] STMを用いたCeRhIn5における混成ギャップの観測 (2018)
  • 著者名/発表者名: 末松知夏, 佐野大樹, 鳥井陽平, 土師将裕, 笠原成, 笠原裕一, 寺嶋孝仁, 芝内孝禎, 花栗哲郎, 松田祐司
  • 学会等名: 日本物理学会第73回年次大会
• [学会発表] 近藤絶縁体YbB12における量子振動の観測II (2018)
  • 著者名/発表者名: 谷口智哉, 佐藤雄貴, 伊賀文俊, Ziji Xiang, 浅場智也, Benjamin Lawson, Lu Li, 笠原裕一, 松田祐司
  • 学会等名: 日本物理学会第73回年次大会
• [学会発表] 近藤絶縁体YbB12における中性フェルミオン励起の観測 (2018)
  • 著者名/発表者名: 佐藤雄貴, Xing Xiangzhuo, 谷口智哉, 笠原成, 笠原裕一, 田中桜平, 水上雄太, 芝内孝禎, Ziji Xiang, Benjamin Lawson, Lu Li, 伊賀文俊, 松田祐司
  • 学会等名: 日本物理学会第73回年次大会
• [学会発表] カイラル超伝導体におけるエッジ電流の検出に向けた微小SQUIDの作製 (2018)
  • 著者名/発表者名: 石井智大, 橋本浩法, 土師将裕, 柏谷聡, 三宅亮, 芳賀芳範, 寺嶋孝仁, 芝内孝禎, 笠原裕一, 松田祐司
  • 学会等名: 日本物理学会第73回年次大会
• [学会発表] Emergent exotic superconductivity and magnetism in Kondo superlattices (2017)
  • 著者名/発表者名: Yuichi Kasahara
  • 学会等名: International Conference on Topological Materials Science 2017 (TopoMat2017)
  • 国際学会
• [学会発表] Exotic superconductivity in Kondo superlattices (2017)
  • 著者名/発表者名: 笠原裕一
  • 学会等名: CEMS Topical Meeting on Emergent 2D Materials 2017
  • 招待講演
• [学会発表] STMから見る近藤格子系CeCoIn5における磁性不純物周りの電子状態 (2017)
  • 著者名/発表者名: 末松知夏, 土師将裕, 鳥井陽平, 笠原成, 笠原裕一, 寺嶋孝仁, 芝内孝禎, 花栗哲郎, 松田祐司
  • 学会等名: 日本物理学会2017年秋季大会
• [学会発表] STMから見る重い電子系超伝導体CeCoIn5における磁性不純物効果 (2017)
  • 著者名/発表者名: 土師将裕, 末松知夏, 鳥井陽平, 笠原成, 笠原裕一, 花栗哲郎, 芝内孝禎, 寺嶋孝仁, 松田祐司
  • 学会等名: 日本物理学会2017年秋季大会
• [学会発表] 重い電子系化合物CeRhIn5薄膜のSTM/STS測定 (2017)
  • 著者名/発表者名: 鳥井陽平, 末松知夏, 土師将裕, 笠原成, 笠原裕一, 寺嶋孝仁, 芝内孝禎, 花栗哲郎, 松田祐司
  • 学会等名: 日本物理学会2017年秋季大会
• [学会発表] NMR/NQRによる重い電子系人工超格子CeCoIn5/CeRhIn5及びCeRhIn5単結晶膜の磁気状態の研究 (2017)
  • 著者名/発表者名: 仲嶺元輝, 山中隆義, 北川俊作, 石田憲二, 石井智大, 成塚政裕, 鳥井陽平, 下澤雅明, 宍戸寛明, 笠原成, 常盤欣文, 笠原裕一, 水上雄太, 芝内孝禎, 寺嶋孝仁, 松田祐司
  • 学会等名: 日本物理学会2017年秋季大会
• [学会発表] 重い電子系CeCoIn5/CeRhIn5ハイブリッド超格子の圧力下における上部臨界磁場精密角度依存性 (2017)
  • 著者名/発表者名: 成塚政裕, 石井智大, 三宅聡平, 下澤雅明, 芝内孝禎, 常盤欣文, P.F.S. Rosa, Y. Luo, F. Ronning, J.D Thompson, 笠原裕一, 寺嶋孝仁, 松田祐司
  • 学会等名: 日本物理学会2017年秋季大会
• [学会発表] Micro SQUIDを用いたURu2Si2におけるカイラルエッジ電流の検出 (2017)
  • 著者名/発表者名: 橋本浩法, 土師将裕, 柏谷聡, 三宅亮, 芳賀芳範, 寺嶋孝仁, 芝内孝禎, 笠原裕一, 松田祐司
  • 学会等名: 日本物理学会2017年秋季大会
• [学会発表] 近藤絶縁体YbB12の熱伝導率・比熱測定 (2017)
  • 著者名/発表者名: 佐藤雄貴, Xing Xiangzhuo, 谷口智哉, 笠原成, 笠原裕一, 常盤欣文, 伊賀文俊, 松田祐司
  • 学会等名: 日本物理学会2017年秋季大会
• [学会発表] 近藤絶縁体YbB12における量子振動の観測 (2017)
  • 著者名/発表者名: 笠原裕一、佐藤雄貴、常盤欣史、伊賀文俊、Ziji Xiang、浅場智也、Benjamin Lawson、Lu Li、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] 近藤超格子による超伝導の人工制御とエキゾチック超伝導状態 (2017)
  • 著者名/発表者名: 笠原裕一
  • 学会等名: 京都大学基礎物理学研究所研究会「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」
• [備考] 世界で初めて重い電子系化合物薄膜のその場STM観察に成功
  • URL: http://kotai2.scphys.kyoto-u.ac.jp/index.php?Highlights
• [備考] 38年を経て明らかになった非従来型超伝導の「先駆け」物質CeCu2Si2の電子状態
  • URL: http://kotai2.scphys.kyoto-u.ac.jp/index.php?Highlights