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2020 年度 実績報告書

SドープしたFeSeの高温超伝導機構と量子相転移の高圧下NMRによる研究

研究課題

研究課題/領域番号 18H01181
研究機関京都大学

研究代表者

藤原 直樹  京都大学, 人間・環境学研究科, 准教授 (60272530)

研究分担者 上床 美也  東京大学, 物性研究所, 教授 (40213524)
研究期間 (年度) 2018-04-01 – 2021-03-31
キーワード鉄系超伝導体 / 強相関電子系 / 核磁気共鳴 / 高圧下測定 / 量子相転移 / 量子臨界現象 / 高温超伝導
研究実績の概要

鉄系高温超伝導体の発現機構として、「磁気揺らぎ」あるいは「軌道揺らぎ」に起因する説があるが、不幸にも多くの物質において、軌道秩序に関わるネマチック(双晶)相と磁気秩序相がほぼ同時に発現するため、どちらに起因しているか区別がつかなかった。しかし、FeSe系では、Sを8%以上ドープすると、2GPa (約2万気圧) 以下でネマティック相のみ、4GPa以上で反強磁性相のみが現れて、両相の分離が可能である。
申請者は、Sをドープした系を対象に、常圧から5GPa程の広い圧力範囲において、核磁気共鳴(NMR)法を行い、発現機構の解明を目指した。12%のSをドープした系の核磁気緩和時間やナイトシフト、線幅の測定から、低圧においてネマチック相、4GPaの高圧において反強磁性相の存在を確かめることができた。
磁気揺らぎに関しては、本来高圧側に反強磁性相があるめ、圧力を印加すると、単調に増えることが予想される。しかし、予想に反して、低圧で発達した磁気揺らぎが圧力を加えるといったん消滅して、再び弱い磁気揺らぎが現れることを発見した。つまり、圧力印加とともに、二種類の異なる磁気揺らぎが現れることが、本研究によって初めて明らかになった。これは、圧力印加に伴い、フェルミ面のトポロジーが変化するリフシッツ転移が起こり、フェルミ面のネスティングの様子が変化することを示している。
本研究では、磁気揺らぎとネマティック秩序に強い相関があり、両者が共に弱くなる高圧領域で高い超伝導転移点が実現していることを明らかにした。またこの高い超伝導転移点の実現には、dxy軌道に由来するフェルミ面(ホールポケット)の高圧での出現と、その軌道内相互作用が重要であることが明らかになった。

現在までの達成度 (段落)

令和2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

令和2年度が最終年度であるため、記入しない。

  • 研究成果

    (9件)

すべて 2021 2020

すべて 雑誌論文 (4件) (うち査読あり 4件、 オープンアクセス 2件) 学会発表 (4件) 図書 (1件)

  • [雑誌論文] High-pressure phase diagrams of FeSe1-xTex: correlation between suppressed nematicity and enhanced superconductivity2021

    • 著者名/発表者名
      K. Mukasa, K. Matsuura, M. Qiu, M. Saito, Y. Sugimura, K. Ishida, M. Otani, Y. Onishi, Y. Mizukami, K. Hashimoto, J. Gouchi, R. Kumai, Y. Uwatoko and T. Shibauchi
    • 雑誌名

      Nature Communications

      巻: 12 ページ: 381 1-7

    • DOI

      10.1038/s41467-020-20621-2

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Internal and External Pressure Effects on Superconductivity in FeTexSe1-x (x=0.46, 0.54) Single Crystals2021

    • 著者名/発表者名
      G. Lingannan, K. Ganesan, S. Mariappan, R. Sankar, Y. Uwatoko and S. Arumugam
    • 雑誌名

      J Supercond Nov Magn

      巻: 34 ページ: 725-731

    • DOI

      10.1007/s10948-020-05790-x

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Fabrication and evaluation via nuclear quadrupole resonance of a palm cubic-anvil pressure cell2020

    • 著者名/発表者名
      S. Nakagawa, J. Gochi, T. Kuwayama1, S. Nagasaki, T. Takahashi, J. Cheng, Y. Uwatoko, and N. Fujiwara
    • 雑誌名

      Review of Scientific Instruments

      巻: 91 ページ: 073907 1-6

    • DOI

      10.1063/5.0012015

    • 査読あり
  • [雑誌論文] NMR study under pressure on the iron-based superconductor FeSe1-xSx (x = 0.12 and 0.23): Relationship between nematicity and AF fluctuations2020

    • 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

      Mordern Physics Letters B

      巻: 19&20 ページ: 2040048 1-6

    • DOI

      10.1142/S0217984920400485

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [学会発表] FeSe1-xSx (x = 0.18)における高圧下77Se-NMR測定2020

    • 著者名/発表者名
      中村昂矢, 桑山昂典, 松浦康平, 水上雄太, 笠原成, 松田祐司, 芝内孝禎, 上床美也, 藤原直樹
    • 学会等名
      日本物理学会 秋季大会
  • [学会発表] FeSe1-xSx (x = 0.05)における高圧下77Se-NMR測定2020

    • 著者名/発表者名
      猪股和也, 中村昂矢, 桑山昂典, 松浦康平, 水上雄太, 笠原成, 松田祐司, 芝内孝禎, 上床美也, 藤原直樹
    • 学会等名
      日本物理学会 秋季大会
  • [学会発表] FeSe1-xSx (x=0.05) の磁気揺らぎと超伝導2020

    • 著者名/発表者名
      猪股 和也, 桑山 昂典, 中村 昂矢, 松浦 康平, 水上 雄太, 笠原 成, 松田 裕司, 芝内 孝禎, 上床 美也 , 藤 原 直樹
    • 学会等名
      日本高圧力学会 高圧討論会
  • [学会発表] PALM 型キュービックアンビルセルによる Cu2O の NQR 測定2020

    • 著者名/発表者名
      桑山 昂典 , 郷地 順, 中川 悟志, 長崎 尚子, 高橋 輝雄, CHENG Jinguang, 上床 美也 , 藤原 直樹
    • 学会等名
      日本高圧力学会 高圧討論会
  • [図書] 日本物理学会誌2020

    • 著者名/発表者名
      藤原直樹, 上床美也
    • 総ページ数
      7
    • 出版者
      日本物理学会

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公開日: 2021-12-27  

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