精密トルク測定による電子ネマティック相の研究

2012 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 23654119
• 研究機関: 京都大学
• 研究代表者: 芝内 孝禎 京都大学, 理学(系)研究科(研究院), 准教授 (00251356)
• キーワード: 対称性の破れ / 磁気トルク / 角度依存性 / 斜方晶歪み / ネマティック秩序

研究概要

成果として、微小カンチレバーを用いた磁気トルクの角度依存性測定システムを完成させ、鉄系超伝導体BaFe2(As,P)2の微小単結晶試料において角度依存性の温度変化の測定により、電子ネマティック相転移を見出すことに成功した。具体的には、転移温度が最大の超伝導を示す最適組成の試料において、転移温度30 Kよりはるかに高温の80 K程度からトルクの面内角度依存性に明確な2回対称性成分を観測した。このような2回対称成分は、4回対称性をもつ正方晶の物質では通常期待されない振る舞いであり、電子系の対称性が方向性を示すネマティック状態となっていることを示す強い証拠である。これまで、鉄系超伝導体では、結晶構造が正方晶から斜方晶へと構造相転移することが、低置換の組成領域で報告されているが、この構造相転移は最適組成領域では見られなかった。さらに様々な組成について同様の測定を行ったところ、構造相転移温度よりも高温でトルクの2回対称性が現れることが明らかとなった。また、その転移温度はP置換とともに系統的に低温へ向かってシフトしていき、超伝導ドームを覆うように高置換領域まで延びていることがあきらかとなった。さらにその磁場依存性測定により、電子ネマティック状態は磁場によって誘起されたものではなく、ゼロ磁場でも対称性を自発的に破る状態となっていることを強く示唆する結果を得ている。また同様の測定を電子ドープ系のBa(Fe,Co)2As2について行ったところ、同様の2回対称性が現れることを見出し、その転移温度のドープ量依存性はP置換系と同様に超伝導ドームを覆うような相図が得られた。これらの結果は、鉄系超伝導体の相図上において、構造相転移とは別に電子系のネマティック相転移線がより高温に存在するという、新たな情報を与えるものであり、鉄系超伝導の発現機構を議論する上で重要な結果であると考えられる。

研究成果

• [雑誌論文] Anomalous Superfluid Density in Quantum Critical Superconductors (2013)
  • 著者名/発表者名: K. Hashimoto, Y. Mizukami, R. Katsumata, H. Shishido, M. Yamashita, H. Ikeda, Y. Matsuda, J. A. Schlueter, J. D. Fletcher, A. Carrington, D. Gnida, D. Kaczorowski, and T. Shibauchi
  • 雑誌名: Proc. Natl. Acad. Sci. USA 巻: 110 ページ: 3293-3297
  • DOI: DOI:10.1073/pnas.1221976110
  • 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, T. Weig, M. Dressel, H. Shishido, Y. Mizukami, T. Terashima, T. Shibauchi, and Y. Matsuda,
  • 雑誌名: J. Phys. Soc. Jpn. 巻: 82 ページ: 043712
  • DOI: 10.7566/JPSJ.82.043712
  • 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, Y. Fasano, S. Kasahara, T. Terashima, T. Shibauchi, Y. Matsuda, M. Konczykowski, H. Pastoriza, and C. J. van der Beek,
  • 雑誌名: Phys. Rev. B 巻: 87 ページ: 094506
  • DOI: 10.1103/PhysRevB.87.094506
  • 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, K. Hashimoto, S. Kasahara, T. Shibauchi, Y. Matsuda, and R. Prozorov,
  • 雑誌名: Phys. Rev. B 巻: 87 ページ: 104506
  • DOI: 10.1103/PhysRevB.87.104506
  • 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, M. Yamashita, S. Tonegawa, Y. Oshima, H. M. Yamamoto, R. Kato, I. Sheikin, K. Behnia, T. Terashima, S. Uji, T. Shibauchi, and Y. Matsuda
  • 雑誌名: Nature Commun 巻: 3 ページ: 1090
  • DOI: doi:10.1038/ncomms2082
  • 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, T. Watashige, S. Yasumoto, Y. Mizukami, H. Shishido, S. K. Goh, T. Terashima, T. Shibauchi, and Y. Matsuda,
  • 雑誌名: Phys. Rev. B 巻: 86 ページ: 144526
  • DOI: 10.1103/PhysRevB.86.144526
  • 査読あり
• [雑誌論文] Anomalous Upper Critical Field in CeCoIn5/YbCoIn5 Superlattices with Rashba-Type Heavy Fermion Interface (2012)
  • 著者名/発表者名: S. K. Goh, Y. Mizukami, H. Shishido, D. Watanabe, S. Yasumoto, M. Shimozawa, M. Yamashita, T. Terashima, Y. Yanase, T. Shibauchi, A. I. Buzdin, and Y. Matsuda,
  • 雑誌名: Phys. Rev. Lett. 巻: 105 ページ: 157006
  • DOI: 10.1103/PhysRevLett.109.157006
  • 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. Böhmer, P. Burger, F. Hardy, T. Wolf, P. Schweiss, R. Fromknecht, H. v. Löhneysen, C. Meingast, H. K. Mak, R. Lortz, S. Kasahara, T. Terashima, T. Shibauchi, and Y. Matsuda,
  • 雑誌名: Phys. Rev. B 巻: 86 ページ: 094521
  • DOI: 10.1103/PhysRevB.86.094521
  • 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, Y. Ota, Y. Kotani, et al.
  • 雑誌名: Science 巻: 337 ページ: 1314-1317
  • DOI: 10.1126/science.1222793
  • 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, K. Hashimoto, K. Ikada, Y. H. Lin, H. Shishido, Y. Haga, T. D. Matsuda, E. Yamamoto, Y. Onuki, H. Ikeda, Y. Matsuda, and T. Shibauchi,
  • 雑誌名: Phys. Rev. Lett. 巻: 109 ページ: 036401
  • DOI: 10.1103/PhysRevLett.109.036401
  • 査読あり
• [雑誌論文] Measurement of an Energy Pseudogap for P-Doped and Co-Doped High-Temperature BaFe2As2 Superconductors Using Infrared Spectroscopy (2012)
  • 著者名/発表者名: S. J. Moon, A. A. Schafgans, S. Kasahara, T. Shibauchi, T. Terashima, Y. Matsuda, M. A. Tanatar, R. Prozorov, A. Thaler, P. C. Canfield, A. S. Sefat, D. Mandrus, and D. N. Basov,
  • 雑誌名: Phys. Rev. Lett. 巻: 109 ページ: 027006
  • DOI: 10.1103/PhysRevLett.109.027006
  • 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, et al.
  • 雑誌名: Science 巻: 336 ページ: 1554-1557
  • 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: 10.1038/nature11178
  • 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, M.-T. Suzuki, R. Arita, T. Takimoto, T. Shibauchi, and Y. Matsuda,
  • 雑誌名: Nature Phys. 巻: 8 ページ: 528-533
  • DOI: 10.1038/nphys2330
  • 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, Y. Nakai, S. Kitagawa, K. Ishida, S. Kasahara, T. Shibauchi, Y. Matsuda, and T. Terashima,
  • 雑誌名: Phys. Rev. B 巻: 85 ページ: 184505
  • DOI: 10.1103/PhysRevB.85.184505
  • 査読あり
• [学会発表] Symmetry Breaking in the Hidden-Order Phase of URu2Si2 (2013)
  • 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
  • 年月日: 20130318-20130322
  • 招待講演
• [学会発表] 鉄系、銅系超伝導の実験 (2013)
  • 著者名/発表者名: 芝内孝禎
  • 学会等名: 日本物理学会第68回年次大会
  • 発表場所: 広島大学東広島キャンパス
  • 年月日: 2013-03-28
• [学会発表] Antiferromagnetic Quantum Critical Point and Nematic Transition in BaFe2(As1-xPx)2 (2012)
  • 著者名/発表者名: Takasada Shibauchi
  • 学会等名: International Symposium on Superconductibity 2012 (ISS2012)
  • 発表場所: Funabori, Tokyo
  • 年月日: 20121203-20121205
  • 招待講演
• [学会発表] Quantum Critical Phenomena in Strongly Correlated Electron Systems (2012)
  • 著者名/発表者名: Takasada Shibauchi
  • 学会等名: Summit of Material Science 2012 (SMS2012)
  • 発表場所: Tohoku University, Sendai
  • 年月日: 20121128-20121130
  • 招待講演
• [学会発表] Nematic Transition and Antiferromagnetic Quantum Critical Point in BaFe2(As,P)2 (2012)
  • 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
  • 年月日: 20120813-20120817
  • 招待講演
• [学会発表] Nematic Transition and Antiferromagnetic Quantum Critical Point in BaFe2(As,P)2 (2012)
  • 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
  • 年月日: 20120803-20120805
  • 招待講演
• [学会発表] Quantum Critical Point Hidden beneath the Superconducting Dome of BaFe2(As,P)2 (2012)
  • 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
  • 年月日: 20120730-20120803
  • 招待講演
• [学会発表] Symmetry Breaking in the Hidden Order Phase of URu2Si2 (2012)
  • 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
  • 年月日: 20120704-20120706
  • 招待講演
• [学会発表] Exotic Superconductivity of Heavy Electrons in Artificial Two-Dimensional Kondo Lattices (2012)
  • 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
  • 年月日: 20120625-20120629
  • 招待講演
• [学会発表] BaFe2(As1-xPx)2の超伝導ドーム内に隠れた量子臨界点 (2012)
  • 著者名/発表者名: 芝内孝禎
  • 学会等名: 基研研究会「鉄系高温超伝導の物理 ～スピン・軌道・格子～」
  • 発表場所: 京都大学基礎物理学研究所
  • 年月日: 20120621-20120622
  • 招待講演
• [学会発表] Symmetry Breaking in the Hidden Order Phase of URu2Si2 (2012)
  • 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
  • 年月日: 20120429-20120504
  • 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 (2012)
  • 著者名/発表者名: 芝内孝禎
  • 学会等名: 日本物理学会秋季大会
  • 発表場所: 横浜国立大学
  • 年月日: 2012-09-19
• [学会発表] Exotic Superconductivity of Heavy Electrons in Artificial Two-Dimensional Kondo Lattices (2012)
  • 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
  • 年月日: 2012-08-29
• [学会発表] Exotic Superconductivity of Heavy Electrons in Artificial Two-Dimensional Kondo Lattices (2012)
  • 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 (SCES)
  • 発表場所: Busan, Korea
  • 年月日: 2012-07-11
• [備考] Research Highlights
  • URL: http://kotai2.scphys.kyoto-u.ac.jp/index.php?Research%20Highlights
• [備考] 絶対零度の量子ゆらぎにより重くなる超伝導電子－電子が特定の方向で重くなる異常な現象を発見－
  • URL: http://www.kyoto-u.ac.jp/ja/news_data/h/h1/news6/2012/130212_1.htm
• [備考] 超伝導物質が絶対零度で示す新しい臨界現象を発見
  • URL: http://www.kyoto-u.ac.jp/ja/news_data/h/h1/news6/2012/120622_2.htm
• [備考] 鉄原子を含む高温超伝導体の仕組みを解くカギ「電子のネマティック液晶状態」を発見
  • URL: http://www.kyoto-u.ac.jp/ja/news_data/h/h1/news6/2012/120621_1.htm