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2021 年度 実績報告書

強相関量子凝縮相における回転対称性の破れの検証

研究課題

研究課題/領域番号 18H05227
研究機関京都大学

研究代表者

松田 祐司  京都大学, 理学研究科, 教授 (50199816)

研究分担者 芝内 孝禎  東京大学, 大学院新領域創成科学研究科, 教授 (00251356)
笠原 成  岡山大学, 異分野基礎科学研究所, 教授 (10425556)
笠原 裕一  京都大学, 理学研究科, 准教授 (10511941)
柳瀬 陽一  京都大学, 理学研究科, 教授 (70332575)
研究期間 (年度) 2018-06-11 – 2023-03-31
キーワード量子スピン液体 / 半整数熱量子ホール効果 / マヨラナ粒子 / FFLO状態 / 近藤絶縁体 / 中性フェルミオン励起
研究実績の概要

本年は、(1)スピン軌道モット絶縁体α-RuCl3におけるKitaev量子スピン液体状態、(2)鉄系超伝導体FeSeの強磁場中におけるFulde-Ferrell=Larkin-Ovchinnikov(FFLO)状態、(3)近藤絶縁体YbIr3Si7における中性フェルミオン励起の研究を主として行った。
(1)では、キタエフ量子スピン液体における、半整数量子熱ホール効果の符号の磁場方向依存性が、マヨラナバンドのトポロジカルチャーン数と一致することを示した。さらに量子化された熱ホール効果が平行磁場においても観測され、Planar 熱ホール効果の存在を明らかにした。(2)ではFeSeに垂直磁場をかけて、磁場中で新しい超伝導相が誘起されることを示した。さらにトンネル顕微鏡により、この相では磁場に垂直に超伝導が破壊された面が存在することを示し、FFLO状態の存在を示した。(3)では、反強磁性を示す近藤絶縁体YbIr3Si7において極低温熱伝導率および比熱測定を行い、YbB12と同様に中性フェルミオン励起が存在することを示した。そして磁場によるスピン構造変化を観測し、それに伴い中性フェルミオン励起の性質も変化することを明らかにした。
これらはすべて本研究プロジェクトの主目的と完全に合致している。

現在までの達成度 (区分)
現在までの達成度 (区分)

1: 当初の計画以上に進展している

理由

本研究ですは、キタエフスピン液体のPlanar 熱ホール効果の発見、トポロジカルチャーン数の決定、FFLO状態の直接観測、近藤絶縁体における中性フェルミオン、そしてアナポール秩序など当初予期していなかった新しい発見が次々とあった。しかがって当初の計画以上に進展していると判断する。

今後の研究の推進方策

これまでの研究をそのまま継続するだけでなく、原子層膜のキタエフスピン液体の測定を行い、マヨラナフェルミオンと非可換エニオンの直接検出を目指したい。さらにカゴメ超伝導体における回転対称性の破れの検証実験を行い、電荷密度波による回転対称性の破れの検出などの、新しい研究にチャレンジする。これとは別に子銅酸化物高温超伝導体の擬ギャップ状態におけるplanar Hall効果の測定も行うことを計画している。これらはすべて、本プロジェクトの回転対称性の破れの研究と密接に関連したテーマである。

  • 研究成果

    (24件)

すべて 2022 2021 その他

すべて 国際共同研究 (3件) 雑誌論文 (15件) (うち国際共著 10件、 査読あり 15件、 オープンアクセス 4件) 学会発表 (5件) (うち国際学会 5件、 招待講演 5件) 備考 (1件)

  • [国際共同研究] University of Michigan/Rice University/Los Alamos National Laboratory(米国)

    • 国名
      米国
    • 外国機関名
      University of Michigan/Rice University/Los Alamos National Laboratory
  • [国際共同研究] University of Cologne(ドイツ)

    • 国名
      ドイツ
    • 外国機関名
      University of Cologne
  • [国際共同研究] KAIST(韓国)

    • 国名
      韓国
    • 外国機関名
      KAIST
  • [雑誌論文] Intrinsic suppression of the topological thermal Hall effect in an exactly solvable quantum magnet2022

    • 著者名/発表者名
      Suetsugu S.、Yokoi T.、Totsuka K.、Ono T.、Tanaka I.、Kasahara S.、Kasahara Y.、Chengchao Z.、Kageyama H.、Matsuda Y.
    • 雑誌名

      Physical Review B

      巻: 105 ページ: 024415

    • DOI

      10.1103/PhysRevB.105.024415

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Charge-neutral fermions and magnetic field-driven instability in insulating YbIr3Si72022

    • 著者名/発表者名
      Sato Y.、Suetsugu S.、Tominaga T.、Kasahara Y.、Kasahara S.、Kobayashi T.、Kitagawa S.、Ishida K.、Peters R.、Shibauchi T.、Nevidomskyy A. H.、Qian L.、Morosan E.、Matsuda Y.
    • 雑誌名

      Nature Communications

      巻: 13 ページ: 394

    • DOI

      10.1038/s41467-021-27541-9

    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Thermodynamic evidence for a field-angle-dependent Majorana gap in a Kitaev spin liquid2022

    • 著者名/発表者名
      Tanaka O.、Mizukami Y.、Harasawa R.、Hashimoto K.、Hwang K.、Kurita N.、Tanaka H.、Fujimoto S.、Matsuda Y.、Moon E.-G.、Shibauchi T.
    • 雑誌名

      Nature Physics

      巻: - ページ: -

    • DOI

      10.1038/s41567-021-01488-6

    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Unusual high-field metal in a Kondo insulator2021

    • 著者名/発表者名
      Xiang Ziji、Chen Lu、Chen Kuan-Wen、Tinsman Colin、Sato Yuki、Asaba Tomoya、Lu Helen、Kasahara Yuichi、Jaime Marcelo、Balakirev Fedor、Iga Fumitoshi、Matsuda Yuji、Singleton John、Li Lu
    • 雑誌名

      Nature Physics

      巻: 17 ページ: 788~793

    • DOI

      10.1038/s41567-021-01216-0

    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Putative Hall response of the strange metal component in <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"><mml:mrow><mml:mi>Fe</mml:mi><mml:msub><mml:mi>Se</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>?</mml:mo><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">S</mml:mi><mml:mi>x</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:math>2021

    • 著者名/発表者名
      Culo M.、Berben M.、Hsu Y.-T.、Ayres J.、Hinlopen R. D. H.、Kasahara S.、Matsuda Y.、Shibauchi T.、Hussey N. E.
    • 雑誌名

      Physical Review Research

      巻: 3 ページ: 023069

    • DOI

      10.1103/PhysRevResearch.3.023069

    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Investigation of the upper critical field in artificially engineered Nb/V/Ta superlattices2021

    • 著者名/発表者名
      Ando Fuyuki、Kawarazaki Ryo、Naritsuka Masahiro、Kasahara Yuichi、Miyasaka Yuta、Narita Hideki、Kan Daisuke、Shiota Yoichi、Moriyama Takahiro、Shimakawa Yuichi、Matsuda Yuji、Ono Teruo
    • 雑誌名

      Japanese Journal of Applied Physics

      巻: 60 ページ: 060902

    • DOI

      10.35848/1347-4065/abfdc1

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Quadrupolar charge dynamics in the nonmagnetic FeSe1-xSx superconductors2021

    • 著者名/発表者名
      Zhang Weilu、Wu Shangfei、Kasahara Shigeru、Shibauchi Takasada、Matsuda Yuji、Blumberg Girsh
    • 雑誌名

      Proceedings of the National Academy of Sciences

      巻: 118 ページ: e2020585118

    • DOI

      10.1073/pnas.2020585118

    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Controlling unconventional superconductivity in artificially engineered f-electron Kondo superlattices2021

    • 著者名/発表者名
      Naritsuka M、Terashima T、Matsuda Y
    • 雑誌名

      Journal of Physics: Condensed Matter

      巻: 33 ページ: 273001

    • DOI

      10.1088/1361-648X/abfdf2

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Topological surface conduction in Kondo insulator YbB<sub>12</sub>2021

    • 著者名/発表者名
      Sato Y、Xiang Z、Kasahara Y、Kasahara S、Chen L、Tinsman C、Iga F、Singleton J、Nair N L、Maksimovic N、Analytis J G、Li Lu、Matsuda Y
    • 雑誌名

      Journal of Physics D: Applied Physics

      巻: 54 ページ: 404002

    • DOI

      10.1088/1361-6463/ac10d9

    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Description of Resonant Inelastic X-Ray Scattering in Correlated Metals2021

    • 著者名/発表者名
      Gilmore Keith、Pelliciari Jonathan、Huang Yaobo、Kas Joshua J.、Dantz Marcus、Strocov Vladimir N.、Kasahara Shigeru、Matsuda Yuji、Das Tanmoy、Shibauchi Takasada、Schmitt Thorsten
    • 雑誌名

      Physical Review X

      巻: 11 ページ: 031013

    • DOI

      10.1103/PhysRevX.11.031013

    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Half-integer quantized anomalous thermal Hall effect in the Kitaev material candidate α-RuCl <sub>3</sub>2021

    • 著者名/発表者名
      Yokoi T.、Ma S.、Kasahara Y.、Kasahara S.、Shibauchi T.、Kurita N.、Tanaka H.、Nasu J.、Motome Y.、Hickey C.、Trebst S.、Matsuda Y.
    • 雑誌名

      Science

      巻: 373 ページ: 568~572

    • DOI

      10.1126/science.aay5551

    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Observation of a superconducting state of a topological superconductor candidate, FeTe<sub>0.6</sub>Se<sub>0.4</sub>, equipping ferromagnetic electrodes with perpendicular magnetic anisotropy2021

    • 著者名/発表者名
      Ohnishi Kosuke、Gupta Sachin、Kasahara Shigeru、Kasahara Yuichi、Matsuda Yuji、Shigematsu Ei、Ohshima Ryo、Ando Yuichiro、Shiraishi Masashi
    • 雑誌名

      Applied Physics Express

      巻: 14 ページ: 093002

    • DOI

      10.35848/1882-0786/ac1ca4

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Pressure-induced reconstitution of Fermi surfaces and spin fluctuations in S-substituted FeSe2021

    • 著者名/発表者名
      Kuwayama T.、Matsuura K.、Gouchi J.、Yamakawa Y.、Mizukami Y.、Kasahara S.、Matsuda Y.、Shibauchi T.、Kontani H.、Uwatoko Y.、Fujiwara N.
    • 雑誌名

      Scientific Reports

      巻: 11 ページ: 17265

    • DOI

      10.1038/s41598-021-96277-9

    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Discovery of mesoscopic nematicity wave in iron-based superconductors2021

    • 著者名/発表者名
      Shimojima T.、Motoyui Y.、Taniuchi T.、Bareille C.、Onari S.、Kontani H.、Nakajima M.、Kasahara S.、Shibauchi T.、Matsuda Y.、Shin S.
    • 雑誌名

      Science

      巻: 373 ページ: 1122~1125

    • DOI

      10.1126/science.abd6701

    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Quasiparticle Nodal Plane in the Fulde-Ferrell-Larkin-Ovchinnikov State of FeSe2021

    • 著者名/発表者名
      Kasahara S.、Suzuki H.、Machida T.、Sato Y.、Ukai Y.、Murayama H.、Suetsugu S.、Kasahara Y.、Shibauchi T.、Hanaguri T.、Matsuda Y.
    • 雑誌名

      Physical Review Letters

      巻: 127 ページ: 257001

    • DOI

      10.1103/PhysRevLett.127.257001

    • 査読あり
  • [学会発表] Thermadynamic and thermal transport studies of Kitaev candidate α-RuCl32022

    • 著者名/発表者名
      Yuji Matsuda
    • 学会等名
      ICAM GLOBAL SUMMIT 2022
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Quantized thermal Hall effect and topological phase transition in the Kitaev spin liquid candidate α-RuCl32022

    • 著者名/発表者名
      Yuichi Kasahara
    • 学会等名
      American Physical Society March Meeting 2022
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] BCS-BEC crossover in FeSe-based superconductors2022

    • 著者名/発表者名
      Yuji Matsuda
    • 学会等名
      American Physical Society March Meeting 2022
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Quantized thermal Hall effect in a Kitaev spin liquid state of α-RuCl32021

    • 著者名/発表者名
      Yuichi Kasahara
    • 学会等名
      2021 Webinar Workshop on NYCU-Kyoto University Research Cooperation
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Thermadynamic and thermal transport studies of Kitaev candidate α-RuCl32021

    • 著者名/発表者名
      Yuji Matsuda
    • 学会等名
      Focus Meeting on thermal transport and microscopic descriptions of alpha-RuCl3
    • 国際学会 / 招待講演
  • [備考] Top - Quantum Condensed Matter Group

    • URL

      http://kotai2.scphys.kyoto-u.ac.jp/index.php?Top

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公開日: 2022-12-28  

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