強相関量子凝縮相における回転対称性の破れの検証

2022 年度 実績報告書

• 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: 幸坂 祐生 京都大学, 理学研究科, 教授 (80455344) ; 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 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 / 熱量子ホール効果 / マヨラナ粒子 / チューリング機構 / 近藤絶縁体 / 量子振動 / スピン軌道モット絶縁体 / キタエフ模型

研究実績の概要

本研究では、強相関電子系と量子スピン液体を中心に、超高精度で回転対称性の破れを検出できる装置を開発するなど、世界に例を見ないユニークな測定を組み合わすことにより、強く相互作用する量子凝縮体の研究にブレークスルーをもたらすことを目指した。
本年度の成果は具体的に社ストリー・サザーランド模型で記述される量子磁性体において熱ホール効果の値は理論で予測されている値よりも桁違いに小さく、ダンピングの効果が重要であることを明らかにした。またカゴメ量子スピン系物資の典型であるハーバードスミサイトにおける、比熱の新しいスケーリング則を発見し、磁気励起に対する新しい知見を得た。次に新しい近藤絶縁体において中性フェルミオンの存在と磁気不安定性の関係を明らかにした。次に、キタエフ量子スピン液体候補物質alpha-RuCl3において精密な比熱を行いディラックコーンとマヨラナギャップの存在の熱力学的証拠を示しただけでなく、強磁場中で新しいスピン状態に相転移することを熱輸送現象によりしめした。さらに半整数熱量子ホール効果が観測される物質と観測されない物質の違いについて明らかにした。また弾性抵抗の測定により、FeSeS系においてはネマティック揺らぎが超伝導対形成に重要な役割を果たすことを解明した。これらとは別に、alpha-RuCl3の単層膜を作成している時に偶然beta-RuCl3が作成できた。これが2-4nmの幅で単層の厚みを持ち、長さ数マイクロメーターの原子ワイヤができることを発見した。この原子ワイヤが形成される機構として我々は、原子レベルのチューリング機構という非平衡拡散プロセスを提唱した。

現在までの達成度 (段落)

令和4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4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] Exotic heavy-fermion superconductivity in atomically thin CeCoIn5 films (2023)
  • 著者名/発表者名: Peng L.、Naritsuka M.、Akutagawa S.、Suetsugu S.、Haze M.、Kasahara Y.、Terashima T.、Peters R.、Matsuda Y.、Asaba T.
  • 雑誌名: Physical Review B 巻: 107 ページ: -
  • DOI: 10.1103/PhysRevB.107.L041101
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Enhanced Superconducting Pairing Strength near a Pure Nematic Quantum Critical Point (2023)
  • 著者名/発表者名: Mukasa Kiyotaka、Ishida Kousuke、Imajo Shusaku、Qiu Mingwei、Saito Mikihiko、Matsuura Kohei、Sugimura Yuichi、Liu Supeng、Uezono Yu、Otsuka Takumi、?ulo Matija、Kasahara Shigeru、Matsuda Yuji、Hussey Nigel E.、Watanabe Takao、Kindo Koichi、Shibauchi Takasada
  • 雑誌名: Physical Review X 巻: 13 ページ: -
  • DOI: 10.1103/PhysRevX.13.011032
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Growth of self-integrated atomic quantum wires and junctions of a Mott semiconductor (2023)
  • 著者名/発表者名: Tomoya Asaba, Lang Peng, Takahiro Ono, Satoru Akutagawa, Ibuki Tanaka, Hinako Murayama, Shota Suetsugu, Aleksandar Razpopov, Yuichi Kasahara, Takahito Terashima, Yuhki Kohsaka, Takasada Shibauchi, Masatoshi Ichikawa, Roser Valenti, Shinichi Sasa, Yuji Matsuda
  • 雑誌名: Science Advances 巻: in press ページ: -
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Hall Anomaly, Quantum Oscillations and Possible Lifshitz Transitions in Kondo Insulator YbB12: Evidence for Unconventional Charge Transport (2022)
  • 著者名/発表者名: Xiang Ziji、Chen Kuan-Wen、Chen Lu、Asaba Tomoya、Sato Yuki、Zhang Nan、Zhang Dechen、Kasahara Yuichi、Iga Fumitoshi、Coniglio William A.、Matsuda Yuji、Singleton John、Li Lu
  • 雑誌名: Physical Review X 巻: 12 ページ: -
  • DOI: 10.1103/PhysRevX.12.021050
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Universal scaling of specific heat in the S=1/2 quantum kagome antiferromagnet herbertsmithite (2022)
  • 著者名/発表者名: Murayama H.、Tominaga T.、Asaba T.、Silva A. de Oliveira、Sato Y.、Suzuki H.、Ukai Y.、Suetsugu S.、Kasahara Y.、Okuma R.、Kimchi I.、Matsuda Y.
  • 雑誌名: Physical Review B 巻: 106 ページ: -
  • DOI: 10.1103/PhysRevB.106.174406
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Evidence for a Phase Transition in the Quantum Spin Liquid State of a Kitaev Candidate α-RuCl3 (2022)
  • 著者名/発表者名: Suetsugu Shota、Ukai Yuzuki、Shimomura Masaki、Kamimura Masashi、Asaba Tomoya、Kasahara Yuichi、Kurita Nobuyuki、Tanaka Hidekazu、Shibauchi Takasada、Nasu Joji、Motome Yukitoshi、Matsuda Yuji
  • 雑誌名: Journal of the Physical Society of Japan 巻: 91 ページ: -
  • DOI: 10.7566/JPSJ.91.124703
  • オープンアクセス
• [雑誌論文] Quantized and unquantized thermal Hall conductance of the Kitaev spin liquid candidate α-RuCl3 (2022)
  • 著者名/発表者名: Kasahara Y.、Suetsugu S.、Asaba T.、Kasahara S.、Shibauchi T.、Kurita N.、Tanaka H.、Matsuda Y.
  • 雑誌名: Physical Review B 巻: 106 ページ: -
  • DOI: 10.1103/PhysRevB.106.L060410
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Resistivity and thermal conductivity of an organic insulator β'-EtMe3Sb[Pd(dmit)2]2 (2022)
  • 著者名/発表者名: Yamashita Minoru、Sato Yuki、Kasahara Yuichi、Kasahara Shigeru、Shibauchi Takasada、Matsuda Yuji
  • 雑誌名: Scientific Reports 巻: 12 ページ: -
  • DOI: 10.1038/s41598-022-13155-8
  • 査読あり / オープンアクセス
• [学会発表] Nematic quantum critical points and unconventional superconducting states in Fe(Se/S/Te)* (2023)
  • 著者名/発表者名: Takasada Shibauchi
  • 学会等名: American Physical Society March Meeting 2023
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] d-wave helical superconducting state in tricolor Kondo superlattices revealed by nonreciprocaltransport (2023)
  • 著者名/発表者名: Yuichi Kasahara
  • 学会等名: American Physical Society March Meeting 2023
  • 国際学会
• [学会発表] Majorana fermions and half-integer thermal quantum Hall effect in a quantum magnet (2023)
  • 著者名/発表者名: Yuji Matsuda
  • 学会等名: Quantum Materials Symposium 2023
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] BCS-BEC crossover in FeSebased superconductors (2022)
  • 著者名/発表者名: Yuji Matsuda
  • 学会等名: Previous Next Spectroscopies of Novel Superconductors 2022
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Topological properties of Kitaev quantum spin liquid candidate α-RuCl3 (2022)
  • 著者名/発表者名: Yuji Matsuda
  • 学会等名: the 29th International Conference on Low Temperature Physics
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Presence and absence of quantized thermal Hall conductance in a spin liquid state of the Kitaev material candidate α-RuCl3 (2022)
  • 著者名/発表者名: Yuichi Kasahara, Shota Suetsugu, Tomoya Asaba, Shigeru Kasahara, Takasada Shibauchi, Nobuyuki Kurita, Hidekazu Tanaka, Yuji Matsuda
  • 学会等名: the 29th International Conference on Low Temperature Physics
  • 国際学会
• [学会発表] Majorana fermions and half-integer thermal quantum Hall effect in a quantum magnet (2022)
  • 著者名/発表者名: Yuji Matsuda
  • 学会等名: the 15th Asia Pacific Physics Conference
  • 国際学会 / 招待講演