空間反転対称性の破れによるトポロジカル相転移の探索

2018 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 17K18753
• 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): 2017-06-30 – 2019-03-31
• キーワード: 人工超格子 / 非従来型超伝導 / 空間反転対称性の破れ

研究実績の概要

空間反転対称性の破れの人工導入によるトポロジカル相の連続制御やエキゾチック超伝導状態の創成を目的とし、重い電子系物質を用いた人工超格子を作製した。具体的には、CeCoIn5と反強磁性体（CeRhIn5またはCeIn3）を交互積層した人工超格子である。これらの人工超格子では、界面を通じて反強磁性体層の反強磁性ゆらぎが隣接する超伝導層に注入され、超伝導と反強磁性の相互作用を調べることが可能であることを示した。準二次元反強磁性体CeRhIn5を用いたCeCoIn5/CeRhIn5超格子では、圧力を印加しCeRhIn5層の反強磁性転移が消失する量子臨界点近傍に近づけると、超伝導層に注入された量子臨界反強磁性ゆらぎにより電子対を形成する電子間引力が大きく増大することが明らかとなった。一方、三次元反強磁性体CeIn3を用いたCeCoIn5/CeIn3超格子では、反強磁性ゆらぎは注入されているものの、電子間引力はほとんど変わらないことが明らかとなった。以上の結果は、二次元的な反強磁性ゆらぎがCeCoIn5における電子対形成に本質的に重要であることを初めて直接的に示すものである。
一方、昨年度立ち上げた分子線エピタキシー装置と走査型トンネル顕微鏡を組み合わせたMBE/STM装置を用い、重い電子系反強磁性たCeRhIn5の電子状態の直接観測を行った。長年、反強磁性状態における重い電子状態形成の有無が問題とされてきたが、重い電子状態が形成されていることを直接的に示し、反強磁性状態においてもf電子がフェルミ面形成に寄与していることを示した。

研究成果

• [雑誌論文] Direct Evidence for the Existence of Heavy Quasiparticles in the Magnetically Ordered Phase of CeRhIn5 (2019)
  • 著者名/発表者名: Masahiro Haze, Robert Peters, Yohei Torii, Tomoka Suematsu, Daiki Sano, Masahiro Naritsuka, Yuichi Kasahara, Takasada Shibauchi, Takahito Terashima, and Yuji Matsuda
  • 雑誌名: Journal of the Physical Society of Japan 巻: 88 ページ: 014706/1～5
  • DOI: 10.7566/JPSJ.88.014706
  • 査読あり
• [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, Yongkang Luo, Y. Kasahara, Y. Tokiwa, T. Ishii, S. Miyake, T. Terashima, T. Shibauchi, F. Ronning, J. D. Thompson, and Y. Matsuda
  • 雑誌名: Physical Review Letters 巻: 120 ページ: 187002/1～6
  • DOI: 10.1103/PhysRevLett.120.187002
  • 査読あり / 国際共著
• [学会発表] CeCoIn5/CeIn3超格子における反強磁性揺らぎの2次元超伝導への影響 (2019)
  • 著者名/発表者名: 中村聡史, 成塚政裕, 笠原裕一, 寺嶋孝仁, 松田祐司
  • 学会等名: 日本物理学会 2019年年次大会
• [学会発表] CeCoIn5/CeIn3超格子における圧力下超伝導状態 (2018)
  • 著者名/発表者名: 中村聡史, 成塚政裕, 笠原裕一, 寺嶋孝仁, 松田祐司
  • 学会等名: 日本物理学会 2018年秋季大会
• [備考] Quantum Condensed Matter Group
  • URL: http://kotai2.scphys.kyoto-u.ac.jp/index.php?Top