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2021 年度 実績報告書

マルチバンド鉄系超伝導体におけるBCS-BECクロスオーバーの研究

研究課題

研究課題/領域番号 19H00649
研究機関東京大学

研究代表者

芝内 孝禎  東京大学, 大学院新領域創成科学研究科, 教授 (00251356)

研究分担者 水上 雄太  東京大学, 大学院新領域創成科学研究科, 助教 (80734095)
研究期間 (年度) 2019-04-01 – 2023-03-31
キーワード超伝導 / ネマティシティ / 弾性抵抗 / 量子臨界点 / 上部臨界磁場 / 鉄系超伝導 / ボーズ凝縮 / マルチバンド
研究実績の概要

電子対形成による超伝導を記述したBardeen-Cooper-Schrieffer(BCS)理論を拡張して、粒子間引力を強くすることで分子化した束縛対のBose-Einstein凝縮(BEC)につながるBCS-BECクロスオーバー理論により、量子束縛状態の統一的理解に向けた枠組みが構築されつつある。本研究では、我々がクロスオーバー領域にあることを見出したFeSe系超伝導体について、熱力学的性質や磁気トルクの精密測定、およびミューオンスピン緩和による磁場侵入長測定により、マルチバンド系でのBCS-BECクロスオーバーの特徴的性質を明らかにすることを目的としている。
2021年度においては、昨年度作製に成功したFe(Se,Te)の純良単結晶試料を用いて、電子相図の詳細を調べ、BCS-BECクロスオーバーの知見が得られているFe(Se,S)との比較を行った。
まず、Te置換量の異なる複数の試料を用いて、弾性抵抗測定によりネマティック感受率の系統的な評価を行った。その結果、S置換系と同様にTe置換系においても置換量とともに電子ネマティック秩序が抑制され、磁性を持たないネマティック量子臨界点の存在が、ネマティック感受率の発散的振る舞いから明らかとなった。S置換系では、量子臨界点をまたぐ際に超伝導転移温度が急激に減少し、BEC的な振る舞いへと変化したが、Te置換系では量子臨界点近傍で超伝導転移温度がドーム構造を示すという大きく異なる振る舞いが観測された。
さらに、パルス強磁場を用いた上部臨界磁場の測定から、Te置換系の量子臨界点近傍では、S置換系よりもはるかに磁場に強い超伝導が実現していることが明らかとなり、超伝導電子対の結合の強さが増強していることが示された。この結果は、量子臨界点近傍で増強された非磁性ネマティック量子揺らぎが、高温超伝導のメカニズムに関連していることを示唆している。

現在までの達成度 (段落)

令和3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3年度が最終年度であるため、記入しない。

  • 研究成果

    (25件)

すべて 2022 2021 その他

すべて 国際共同研究 (6件) 雑誌論文 (9件) (うち国際共著 6件、 査読あり 9件、 オープンアクセス 7件) 学会発表 (9件) (うち国際学会 3件、 招待講演 9件) 備考 (1件)

  • [国際共同研究] Ecole Polytechnique(フランス)

    • 国名
      フランス
    • 外国機関名
      Ecole Polytechnique
  • [国際共同研究] Polish Academy of Sciences(ポーランド)

    • 国名
      ポーランド
    • 外国機関名
      Polish Academy of Sciences
  • [国際共同研究] Max Planck Institute(ドイツ)

    • 国名
      ドイツ
    • 外国機関名
      Max Planck Institute
  • [国際共同研究] Paul Scherrer Institut(スイス)

    • 国名
      スイス
    • 外国機関名
      Paul Scherrer Institut
  • [国際共同研究] Radboud University(オランダ)

    • 国名
      オランダ
    • 外国機関名
      Radboud University
  • [国際共同研究]

    • 他の国数
      2
  • [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] Putative Hall response of the strange metal component in FeSe1-xSx2021

    • 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] 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 / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Relationship between Transport Anisotropy and Nematicity in FeSe2021

    • 著者名/発表者名
      Bartlett Jack M.、Steppke Alexander、Hosoi Suguru、Noad Hilary、Park Joonbum、Timm Carsten、Shibauchi Takasada、Mackenzie Andrew P.、Hicks Clifford W.
    • 雑誌名

      Physical Review X

      巻: 11 ページ: 021038

    • DOI

      10.1103/PhysRevX.11.021038

    • 査読あり / オープンアクセス / 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] 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
  • [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
  • [雑誌論文] Tuning the Parity Mixing of Singlet-Septet Pairing in a Half-Heusler Superconductor2021

    • 著者名/発表者名
      Ishihara K.、Takenaka T.、Miao Y.、Mizukami Y.、Hashimoto K.、Yamashita M.、Konczykowski M.、Masuki R.、Hirayama M.、Nomoto T.、Arita R.、Pavlosiuk O.、Wisniewski P.、Kaczorowski D.、Shibauchi T.
    • 雑誌名

      Physical Review X

      巻: 11 ページ: 041048

    • DOI

      10.1103/PhysRevX.11.041048

    • 査読あり / オープンアクセス / 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] Exotic superconducting states in FeSe-based nematic superconductors2021

    • 著者名/発表者名
      T. Shibauchi
    • 学会等名
      International Conference on Quantum Liquid Crystals (QLC2021)
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Exotic superconducting states in FeSe-based materials2021

    • 著者名/発表者名
      T. Shibauchi
    • 学会等名
      The 12th International Conference on Intrinsic Josephson Effect and Horizons of Superconducting Spintronics
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Ultranodal Pair State in FeSe1-xSx Superconductors2021

    • 著者名/発表者名
      T. Shibauchi
    • 学会等名
      7th International Conference on Superconductivity and Magnetism (ICSM2021)
    • 招待講演
  • [学会発表] Exotic superconducting states in FeSe-based materials2021

    • 著者名/発表者名
      T. Shibauchi
    • 学会等名
      34th International Symposium on Superconductivity
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Exotic superconducting states in FeSe-based materials2021

    • 著者名/発表者名
      T. Shibauchi
    • 学会等名
      93rd Riken CEMC colloquium
    • 招待講演
  • [学会発表] ネマティック量子臨界点とウルトラノーダルペア状態2021

    • 著者名/発表者名
      芝内孝禎
    • 学会等名
      日本物理学会2021年秋季大会
    • 招待講演
  • [学会発表] UTe2におけるノード構造とカイラル超伝導2021

    • 著者名/発表者名
      芝内孝禎
    • 学会等名
      基研研究会 「非自明な電子状態が生み出す超伝導現象の最前線:新たな挑戦と展望」
    • 招待講演
  • [学会発表] FeSe 系超伝導体におけるエキゾチック超伝導状態2021

    • 著者名/発表者名
      芝内孝禎
    • 学会等名
      令和3年度「第7回強磁場コラボラトリーオンラインセミナー」
    • 招待講演
  • [学会発表] FeSe 系超伝導体におけるエキゾチック超伝導状態2021

    • 著者名/発表者名
      芝内孝禎
    • 学会等名
      第29回QLCセミナー
    • 招待講演
  • [備考] 従来のスピン一重項・三重項の枠組みを超えた超伝導クーパー対状態の発見、その制御も可能に

    • URL

      https://www.k.u-tokyo.ac.jp/information/category/press/8768.html

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公開日: 2022-12-28  

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