重い電子系化合物の新奇超伝導状態の解明

2012 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 20224008
• 研究機関: 京都大学
• 研究代表者: 松田 祐司 京都大学, 理学(系)研究科(研究院), 教授 (50199816)
• 研究分担者: 芝内 孝禎 京都大学, 理学(系)研究科(研究院), 准教授 (00251356) ; 寺嶋 孝仁 京都大学, 学内共同利用施設等, 教授 (40252506) ; 石田 憲二 京都大学, 理学(系)研究科(研究院), 教授 (90243196)
• 研究期間 (年度): 2008-05-12 – 2013-03-31
• キーワード: 重い電子 / 異方的超伝導 / 人工超格子 / 分子線エピタキシー / 量子臨界点 / 非フェルミ流体

研究概要

f 電子を持つCe などの希土類元素を含む金属間化合物では、f電子と伝導電子の近藤効果による混成のために、狭いバンドが形成され、電子の有効質量が自由電子の100 倍以上重くなったいわゆる「重い電子状態」が実現される。このような系で超伝導電子対が形成されると、強いクーロン斥力のため、通常の超伝導とは異なる対称性を持った異方的な超伝導状態が実現する。これまで重い電子系化合物では、これまでに異常な超伝導相が発見されており、その超伝導状態は多種多様で、想像していたものよりもはるかに興味あるものとなっている事が明らかになっている．さらにその超伝導状態はいわゆる磁気的秩序状態（量子臨界点）近傍で生じることが多く、そ超伝導の舞台となるノーマル状態も、従来のフェルミ液体とは大きく異なる振る舞いを示すこともわかってきている。
本研究では、これまでに前例のない重い電子系の人工超格子を作製して新奇超伝導状態を創出し、さらに従来の実験手法の分解能を上げるだけでなく、新しい実験手法を開発し様々な新奇超伝導状態やノーマル状態における異常な電気的、磁気的状態を解明した．
最も大きな成果は重い電子を２次元に閉じこめ、これまでにはない新しい強相関電子系を創成することに成功したことである．これまでの重い電子家化合物はすべて３次元的な電子構造を持っていた．我々は新しい分子線エピタキシー法の装置を開発しまずCeIn3/LaIn3の人工超格子を作製した．これにより量子臨界性の次元制御に世界で初めて思考した．さらにCeCoIn5/YbCoIn5の人工超格子を作製し世界で初めて２次元近藤格子が超伝導に転移することを見いだした．さらに２次元の重い電子系の示す超伝導は極めて特異なものであることが明らかになった．

現在までの達成度 (区分)

理由

24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

24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] Searching for Zeros (2013)
  • 著者名/発表者名: Y. Matsuda
  • 雑誌名: JPSJ Online-News and Comments [January 22, 2013] 巻: 82 ページ: 24707
  • 査読あり
• [雑誌論文] Anomalous superfluid density in quantum critical superconductors (2013)
  • 著者名/発表者名: K. Hashimoto
  • 雑誌名: Proc. Natl. Acad. Sci. USA 巻: 110 ページ: 3293-3297
  • DOI: 10.1073/pnas.1221976110
  • 査読あり
• [雑誌論文] Interplane resistivity of isovalent doped BaFe2(As1－xPx)2 (2013)
  • 著者名/発表者名: M. A. Tanatar
  • 雑誌名: Phys. Rev. B 巻: 87 ページ: 104506-1-5
  • DOI: 10.1103/PhysRevB.87.104506
  • 査読あり
• [雑誌論文] Disorder, critical currents, and vortex pinning energies in isovalently substituted BaFe2(As1－xPx)2 (2013)
  • 著者名/発表者名: S. Demirdis
  • 雑誌名: Phys. Rev. B 巻: 87 ページ: 094506-1-11
  • DOI: 10.1103/PhysRevB.87.094506
  • 査読あり
• [雑誌論文] Terahertz Conductivity of the Heavy-Fermion State in CeCoIn5 (2013)
  • 著者名/発表者名: M. Scheffler
  • 雑誌名: J. Phys. Soc. Jpn. 巻: 82 ページ: 043712-1-5
  • DOI: 10.7566/JPSJ.82.043712
  • 査読あり
• [雑誌論文] Ferromagnetic Quantum Critical Point Induced by Tuning the Magnetic Dimensionality of the Heavy-Fermion Iron Oxypnictides Ce(Ru1-xFex)PO (2013)
  • 著者名/発表者名: S. Kitagawa
  • 雑誌名: J. Phys. Soc. Jpn. 巻: 82 ページ: 33704-1-4
  • DOI: 10.7566/JPSJ.82.033704
  • 査読あり
• [雑誌論文] s-wave superconductivity in superconducting BaTi2Sb2O revealed by 121/123Sb-NMR/nuclear quadrupole resonsnce measurements (2013)
  • 著者名/発表者名: S. Kitagawa
  • 雑誌名: Phys. Rev. B 巻: 87 ページ: 060510(R)-1-5
  • DOI: 10.1103/PhysRevB.87.060510
  • 査読あり
• [雑誌論文] A sharp peak of the zero-temperature penetration depth at optimal composition in the iron-based superconductor BaFe2(As1-xPx)2 (2012)
  • 著者名/発表者名: K. Hashimoto, K. Cho, T. Shibauchi, S. Kasahara, Y. Mizukami, R. Katsumata, Y. Tsuruhara, T. Terashima, H. Ikeda, M. A. Tanatar, H. Kitano, N. Salovich, R. W. Giannetta, P. Walmsley, A. Carrington, R. Prozorov, and Y. Matsuda
  • 雑誌名: Science 巻: 336 ページ: 1554-1557
  • DOI: DOI:10.1126/science.1219821
  • 査読あり
• [雑誌論文] Electronic nematicity above the structural and superconducting transition in BaFe2(As1-xPx)2 (2012)
  • 著者名/発表者名: S. Kasahara, H. J. Shi, K. Hashimoto, S. Tonegawa, Y. Mizukami, T. Shibauchi, K. Sugimoto, T. Fukuda, T. Terashima, A. H. Nevidomskyy, and Y. Matsuda
  • 雑誌名: Nature 巻: 486 ページ: 382-385
  • DOI: DOI:10.1038/nature11178
  • 査読あり
• [雑誌論文] de Haas-van Alphen Study of the Fermi Surfaces of Superconducting LiFeP and LiFeAs (2012)
  • 著者名/発表者名: C. Putzke
  • 雑誌名: Phys. Rev. Lett. 巻: 108 ページ: 047002-1-5
  • DOI: 10.1103/PhysRevLett.108.047002
  • 査読あり
• [雑誌論文] Nodal versus Nodeless Behaviors of the Order Parameters of LiFeP and LiFeAs Superconductors from Magnetic Penetration-Depth Measurements (2012)
  • 著者名/発表者名: K. Hashimoto
  • 雑誌名: Phys. Rev. Lett. 巻: 108 ページ: 047003-1-5
  • DOI: 10.1103/PhysRevLett.108.047003
  • 査読あり
• [雑誌論文] Microscopic Evidence of Direct Coupling between Magnetic and Superconducting Order Parameters in BaFe2(As1-xPx)2 (2012)
  • 著者名/発表者名: T. Iye
  • 雑誌名: J. Phys. Soc. Jpn. 巻: 81 ページ: 033701-1-4
  • DOI: 10.1143/JPSJ.81.033701
  • 査読あり
• [雑誌論文] Contrasts in electron correlations and inelastic scattering between LiFeP and LiFeAs revealed by charge transport (2012)
  • 著者名/発表者名: S. Kasahara
  • 雑誌名: Phys. Rev. B 巻: 85 ページ: 060503(R)-1-5
  • DOI: 10.1103/PhysRevB.85.060503
  • 査読あり
• [雑誌論文] Gradual suppression of antiferromagnetism in BaFe2(As1-xPx)2: Zero-temperature evidence for a quantum critical point (2012)
  • 著者名/発表者名: T. Iye
  • 雑誌名: Phys. Rev. B 巻: 85 ページ: 184505-1-5
  • DOI: 10.1103/PhysRevB.85.184505
  • 査読あり
• [雑誌論文] Emergent Rank-5 `Nematic' Order in URu2Si2 (2012)
  • 著者名/発表者名: H. Ikeda
  • 雑誌名: Nature Physics 巻: 8 ページ: 528-533
  • DOI: 10.1038/nphys2330
  • 査読あり
• [雑誌論文] Infrared Measurement of the Pseudogap of P-Doped and Co-Doped High-Temperature BaFe2As2 Superconductors (2012)
  • 著者名/発表者名: S. J. Moon
  • 雑誌名: Phys. Rev. Lett. 巻: 109 ページ: 027006-1-6
  • DOI: 10.1103/PhysRevLett.109.027006
  • 査読あり
• [雑誌論文] Cyclotron Resonance in the Hidden-Order Phase of URu2Si2 (2012)
  • 著者名/発表者名: S. Tonegawa
  • 雑誌名: Phys. Rev. Lett. 巻: 109 ページ: 036401-1-6
  • DOI: 10.1103/PhysRevLett.109.036401
  • 査読あり
• [雑誌論文] Thermodynamic evidence for broken fourfold rotational symmetry in the hidden-order phase of URu2Si2 (2012)
  • 著者名/発表者名: T. Shibauchi
  • 雑誌名: Physica C 巻: 481 ページ: 229-234
  • DOI: 10.1016/j.physc.2012.04.012
  • 査読あり
• [雑誌論文] Octet-Line Node Structure of Superconducting Order Parameter in KFe2As2 (2012)
  • 著者名/発表者名: K. Okazaki
  • 雑誌名: Science 巻: 337 ページ: 1314-1317
  • DOI: 10.1126/science.1222793
  • 査読あり
• [雑誌論文] Thermodynamic phase diagram, phase competition, and uniaxial pressure effects in BaFe2(As1-xPx)2 studied by thermal expansion (2012)
  • 著者名/発表者名: A. E. Bohmer
  • 雑誌名: Phys. Rev. B 巻: 86 ページ: 094521-1-8
  • DOI: 10.1103/PhysRevB.86.094521
  • 査読あり
• [雑誌論文] Novel Pauli-paramagnetic quantum phase in a Mott insulator (2012)
  • 著者名/発表者名: D. Watanabe
  • 雑誌名: Nature Commun. 巻: 3 ページ: 1090-1-6
  • DOI: 10.1038/ncomms2082
  • 査読あり
• [雑誌論文] Anomalous upper critical field in CeCoIn5/YbCoIn5 superlattices with a Rashba-type heavy fermion interface (2012)
  • 著者名/発表者名: S. K. Goh
  • 雑誌名: Phys. Rev. Lett. 巻: 109 ページ: 157006-1-5
  • DOI: 10.1103/PhysRevLett.109.157006
  • 査読あり
• [雑誌論文] Strong suppression of superconductivity by divalent ytterbium Kondo holes in CeCoIn5 (2012)
  • 著者名/発表者名: M. Shimozawa
  • 雑誌名: Phys. Rev. B 巻: 86 ページ: 144526-1-5
  • DOI: 10.1103/PhysRevB.86.144526
  • 査読あり
• [雑誌論文] Ferromagnetic Quantum Critical Point in Heavy-Fermion Iron Oxypnictides Ce(Ru1-xFex)PO (2012)
  • 著者名/発表者名: S. Kitagawa
  • 雑誌名: Phys. Rev. Lett. 巻: 109 ページ: 227004-1-5
  • DOI: 10.1103/PhysRevLett.109.227004
  • 査読あり
• [雑誌論文] Quantum critical state in a magnetic quasicrystal (2012)
  • 著者名/発表者名: K. Deguchi
  • 雑誌名: Nature Materials 巻: 11 ページ: 1013-1016
  • DOI: 10.1038/nmat3432
  • 査読あり
• [雑誌論文] Universality and critical behavior at the critical endpoint in the itinerant-electron metamagnetic UCoAl (2012)
  • 著者名/発表者名: K. Karube
  • 雑誌名: Phys. Rev. B 巻: 85 ページ: 024428-1-7
  • DOI: 10.1103/PhysRevB.86.024428
  • 査読あり
• [雑誌論文] Enhanced anisotropic spin fluctuations below tetragonal-to-orthorhombic transition in LaFeAs(O1-xFx) probed by 75As and 139La NMR (2012)
  • 著者名/発表者名: Y. Nakai
  • 雑誌名: Phys. Rev. B 巻: 85 ページ: 134408-1-5
  • DOI: 10.1103/PhysRevB.85.134408
  • 査読あり
• [学会発表] Quantum spin liquid (2013)
  • 著者名/発表者名: Yuji Matsuda
  • 学会等名: 3rd Japan-Israel Binational Workshop on Quantum Phenomena
  • 発表場所: Okinawa, Japan
  • 年月日: 20130311-20130313
  • 招待講演
• [学会発表] Two dimensional confinement of heavy fermion in artificial superlattices (2013)
  • 著者名/発表者名: Yuji Matsuda
  • 学会等名: REIMEI-Workshop: Heavy fermion superconductivity explored by anisotropic magnetic fluctuations in actinide compounds
  • 発表場所: Tokyo, Japa
  • 年月日: 20130218-20130219
  • 招待講演
• [学会発表] Superconducting gap structure, hidden quantum criticality and nematic transition in BaFe2(As1-xPx)2 (2013)
  • 著者名/発表者名: Yuji Matsuda
  • 学会等名: Bristol-Kyoto symposium
  • 発表場所: Bristol, UK
  • 年月日: 20130109-20130113
  • 招待講演
• [学会発表] Novel Pauli paramagntic quantum phase in a Mott insulator (2012)
  • 著者名/発表者名: Yuji Matsuda
  • 学会等名: Exotic Phases of Frustrated Magnets conference
  • 発表場所: Santa Barbara, CA, USA
  • 年月日: 20121008-20121012
  • 招待講演
• [学会発表] Two dimensional confinement of heavy fermion in artificial superlattices (2012)
  • 著者名/発表者名: Yuji Matsuda
  • 学会等名: Materials and Mechanism of Superconductivity
  • 発表場所: Washington,D.C., USA
  • 年月日: 20120729-20120803
  • 招待講演
• [学会発表] Nematic transition and quantum critical point in iron-pnictide superconductors (2012)
  • 著者名/発表者名: Yuji Matsuda
  • 学会等名: Japanese-German Symposium
  • 発表場所: Izu, Japan
  • 年月日: 20120714-20120717
  • 招待講演
• [学会発表] Quantum criticality and electronic nematic phase in iron-pnictides (2012)
  • 著者名/発表者名: Yuji Matsuda
  • 学会等名: The 19th International Conference on Magnetism (ICM) with Strongly Correlated Electron Systems
  • 発表場所: Pusan, Korea
  • 年月日: 20120708-20120713
  • 招待講演
• [学会発表] Novel Pauli-paramagnetic quantum phase in a Mott insulator (2012)
  • 著者名/発表者名: Yuji Matsuda
  • 学会等名: International Workshop Itinerant spin-orbital systems: from magnetic frustration to novel superconductivity
  • 発表場所: Dresden, Germany
  • 年月日: 20120520-20120525
  • 招待講演
• [学会発表] Superconducting gap structure of iron-pnictide superconductors (2012)
  • 著者名/発表者名: Yuji Matsuda
  • 学会等名: International Conference on Superconductivity and Magnetism
  • 発表場所: Istanbul, Turkey
  • 年月日: 20120429-20120504
  • 招待講演
• [学会発表] Symmetry Breaking in the Hidden Order Phase of URu2Si2
  • 著者名/発表者名: Takasada Shibauchi
  • 学会等名: The 4th International Workshop on the Dual Nature of f-electrons
  • 発表場所: Himeji, Japan
  • 招待講演
• [学会発表] xotic Superconductivity of Heavy Electrons in Artificial Two-Dimensional Kondo Lattices
  • 著者名/発表者名: Takasada Shibauchi
  • 学会等名: Collaborative Conference on Materials Research (CCMR2012)
  • 発表場所: Seoul, Korea
  • 招待講演
• [学会発表] Symmetry Breaking in the Hidden Order Phase of URu2Si2
  • 著者名/発表者名: Takasada Shibauchi
  • 学会等名: International Conference on Superconductivity and Magnetism (ICSM2012)
  • 発表場所: Istanbul, Turkey
  • 招待講演
• [学会発表] 鉄系、銅系超伝導の実験
  • 著者名/発表者名: Takasada Shibauchi
  • 学会等名: 日本物理学会第68回年次大会
  • 発表場所: 広島大学
  • 招待講演
• [学会発表] 鉄ヒ素系超伝導体の隠れた量子臨界点とネマティック相転移
  • 著者名/発表者名: Takasada Shibauchi
  • 学会等名: 日本物理学会秋季大会
  • 発表場所: 横浜国立大学
  • 招待講演
• [学会発表] Exotic Superconductivity of Heavy Electrons in Artificial Two-Dimensional Kondo Lattices
  • 著者名/発表者名: Takasada Shibauchi
  • 学会等名: The 19th International Conference on Magnetism (ICM2012) with Strongly Correlated Electron Systems
  • 発表場所: Busan, Korea
  • 招待講演
• [学会発表] Quantum Critical Point Hidden beneath the Superconducting Dome of BaFe2(As,P)2
  • 著者名/発表者名: Takasada Shibauchi
  • 学会等名: International Conference on Materials and Mechanisms of Superconductivity (M2S 2012)
  • 発表場所: Washington DC, USA
  • 招待講演
• [学会発表] Nematic Transition and Antiferromagnetic Quantum Critical Point in BaFe2(As,P)2
  • 著者名/発表者名: Takasada Shibauchi
  • 学会等名: Second Joint Super‐PIRE REIMEI Workshop
  • 発表場所: Bethesda, MD, USA
  • 招待講演
• [学会発表] Nematic Transition and Antiferromagnetic Quantum Critical Point in BaFe2(As,P)2
  • 著者名/発表者名: Takasada Shibauchi
  • 学会等名: Innovations in Strongly Correlated Electrons Workshop
  • 発表場所: Trieste, Italy
  • 招待講演
• [学会発表] Exotic Superconductivity of Heavy Electrons in Artificial Two-Dimensional Kondo Lattices
  • 著者名/発表者名: Takasada Shibauchi
  • 学会等名: International Conference on Quantum Criticality and Novel Phases (QCNP),
  • 発表場所: Dresden, Germany
  • 招待講演
• [学会発表] Quantum Critical Phenomena in Strongly Correlated Electron Systems
  • 著者名/発表者名: Takasada Shibauchi
  • 学会等名: Summit of Material Science 2012 (SMS2012)
  • 発表場所: Sendai, Japan
  • 招待講演
• [学会発表] Antiferromagnetic Quantum Critical Point and Nematic Transition in BaFe2(As1-xPx)2
  • 著者名/発表者名: Takasada Shibauchi
  • 学会等名: International Symposium on Superconductibity
  • 発表場所: Tokyo, Japan
  • 招待講演
• [学会発表] Symmetry Breaking in the Hidden-Order Phase of URu2Si2
  • 著者名/発表者名: Takasada Shibauchi
  • 学会等名: The March Meeting of the American Physical Society
  • 発表場所: Baltimore, MD, USA
  • 招待講演
• [学会発表] Superconductivity Induced by Longitudinal Ferromagnetic Fluctuations in UCoGe
  • 著者名/発表者名: Kenji Ishida
  • 学会等名: Materials & Mechanisms of Superconductivity Conference 2012
  • 発表場所: Washington DC, USA
  • 招待講演
• [学会発表] Superconductivity Induced by Longitudinal Ferromagnetic Fluctuations in UCoGe
  • 著者名/発表者名: Kenji Ishida
  • 学会等名: International Conference on Heavy Electrons and Novel Quantum Phases
  • 発表場所: Gyeongju, Korea
  • 招待講演
• [図書] 超伝導現象と高温超伝導 (2013)
  • 著者名/発表者名: 松田祐司
  • 総ページ数: 490-501
  • 出版者: NTS出版