強相関電子系における電子ネマティック相の解明

2014 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 24244057
• 研究機関: 東京大学
• 研究代表者: 芝内 孝禎 東京大学, 新領域創成科学研究科, 教授 (00251356)
• 研究期間 (年度): 2012-04-01 – 2015-03-31
• キーワード: 対称性の破れ / ネマティック秩序 / 磁気トルク / 角度依存性 / 強相関電子系 / 隠れた秩序 / 結晶構造解析 / ネマティック感受率

研究実績の概要

本研究の目的は、近年様々な強相関電子系物質において議論されている、電子状態が結晶の持つ回転対称性を自発的に破った「電子ネマティック」状態について、新し手法を用いて実験的に調べることにより解明を目指すことである。平成25年度までに、磁気トルクの角度依存性における2回対称成分の分解による鉄ニクタイド系超伝導体における4回回転対称性の破れ、および高分解能シンクロトロン放射光結晶構造解析による重い電子系化合物URu2Si2の隠れた秩序相におけるわずかな直方晶歪みの検出などを行ってきた。
平成26年度には、ピエゾ素子を用いた一軸応力の導入による電気抵抗率の弾性応答測定システムを立ち上げ、鉄カルコゲナイド系超伝導体FeSeの測定を行った。その結果、ネマティック感受率がこの系で報告されている正方晶-直方晶構造相転移温度に向かい発散的に増大する結果を得た。さらに、このような増大は磁場中でも変化しないことがわかった。この結果は構造相転移温度以下において電子的に回転対称性を破る軌道秩序が起きている可能性と矛盾しない。さらに、Seの一部を等電荷のSで置換した系で構造相転移を示さない試料について同様の測定を行ったところ、ネマティック感受率が絶対零度に向かい発散的に増大することが明らかとなった。これは、S置換により構造相転移温度が抑制され、その量子臨界性を実現できる可能性を示唆する結果である。
これらの結果により、複数の強相関電子系において、電子集団の液体状態で電子間の相互作用により、非自明な回転対称性を破る状態が実現していることが明らかとなった。本研究により、今後このような電子ネマティック状態の起源を明らかにするに向けての基盤的な情報を提供したと考えられる。

現在までの達成度 (段落)

26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

26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] Fermi surface of IrTe2 in the valence-bond state as determined by quantum oscillations (2015)
  • 著者名/発表者名: S. F. Blake, M. D. Watson, A. McCollam, S. Kasahara, R. D. Johnson, A. Narayanan, G. L. Pascut, K. Haule, V. Kiryukhin, T. Yamashita, D. Watanabe, T. Shibauchi, Y. Matsuda, and A. I. Coldea,
  • 雑誌名: Physical Review B 巻: 91 ページ: 121105
  • DOI: 10.1103/PhysRevB.91.121105
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Emergence of Orbital Nematicity in the Tetragonal Phase of BaFe2(As1-xPx)2 (2015)
  • 著者名/発表者名: T. Iye, M.-H. Julien, H. Mayaffre, M. Horvatic, C. Berthier, K. Ishida, H. Ikeda, S. Kasahara, T. Shibauchi, and Y. Matsuda,
  • 雑誌名: J. Phys. Soc. Jpn. 巻: 84 ページ: 043705
  • DOI: 10.7566/JPSJ.84.043705
  • 査読あり
• [雑誌論文] Local Characterization of Superconductivity in BaFe2(As1-xPx)2 (2015)
  • 著者名/発表者名: Y. Lamhot, A. Yagil, N. Shapira, S. Kasahara, T. Watashige, T. Shibauchi, Y. Matsuda, and O. M. Auslaender,
  • 雑誌名: Phys. Rev. B 巻: 91 ページ: 060504
  • DOI: 10.1103/PhysRevB.91.060504
  • 査読あり
• [雑誌論文] Structural Origin of the Anomalous Temperature Dependence of the Local Magnetic Moments in the CaFe2As2 Family of Materials (2015)
  • 著者名/発表者名: L. Ortenzi, H. Gretarsson, S. Kasahara, Y. Matsuda, T. Shibauchi, K. D. Finkelstein, W. Wu, S. R. Julian, Y.-J. Kim, I. I. Mazin, and L. Boeri,
  • 雑誌名: Phys. Rev. Lett. 巻: 114 ページ: 047001
  • DOI: 10.1103/PhysRevLett.114.047001
  • 査読あり
• [雑誌論文] Colossal Thermomagnetic Response in the Exotic Superconductor URu2Si2 (2015)
  • 著者名/発表者名: T. Yamashita, Y. Shimoyama, Y. Haga, T. D. Matsuda, E. Yamamoto, Y. Onuki, H. Sumiyoshi, S. Fujimoto, A. Levchenko, T. Shibauchi, and Y. Matsuda,
  • 雑誌名: Nat. Phys. 巻: 11 ページ: 17-20
  • DOI: 10.1038/nphys3170
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Anomalous Critical Fields in Quantum Critical Superconductors (2014)
  • 著者名/発表者名: C. Putzke, P. Walmsley, J. D. Fletcher, L. Malone, D. Vignolles, C. Proust, S. Badoux, P. See, H. E. Beere, D. A. Ritchie, S. Kasahara, Y. Mizukami, T. Shibauchi, Y. Matsuda, and A. Carrington,
  • 雑誌名: Nat. Commun. 巻: 5 ページ: 5679
  • DOI: 10.1038/ncomms6679
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Anisotropy of the Superconducting Gap in the Iron-Based Superconductor BaFe2(As1-xPx)2 (2014)
  • 著者名/発表者名: T. Yoshida, S. Ideta, T. Shimojima, W. Malaeb, K. Shinada, H. Suzuki, I. Nishi, A. Fujimori, K. Ishizaka, S. Shin, Y. Nakashima, H. Anzai, M. Arita, A. Ino, H. Namatame, M. Taniguchi, H. Kumigashira, K. Ono, S. Kasahara, T. Shibauchi, et al.
  • 雑誌名: Sci. Rep. 巻: 4 ページ: 7292
  • DOI: 10.1038/srep07292
  • 査読あり
• [雑誌論文] Disorder-Induced Topological Change of the Superconducting Gap Structure in Iron Pnictides (2014)
  • 著者名/発表者名: Y. Mizukami, M. Konczykowski, Y. Kawamoto, S. Kurata, S. Kasahara, K. Hashimoto, V. Mishra, A. Kreisel, Y. Wang, P. J. Hirschfeld, Y. Matsuda, and T. Shibauchi,
  • 雑誌名: Nat. Commun. 巻: 5 ページ: 5657
  • DOI: 10.1038/ncomms6657
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Field-Induced Superconducting Phase of FeSe in the BCS-BEC Cross-Over (2014)
  • 著者名/発表者名: S. Kasahara, T. Watashige, T. Hanaguri, Y. Kohsaka, T. Yamashita, Y. Shimoyama, Y. Mizukami, R. Endo, H. Ikeda, K. Aoyama, T. Terashima, S. Uji, T. Wolf, H. v. Loehneysen, T. Shibauchi, and Y. Matsuda,
  • 雑誌名: Proc. Natl. Acad. Sci. USA 巻: 111 ページ: 16309-16313
  • DOI: 10.1073/pnas.1413477111
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Probing the Fermi Surface of the Small-Fermi-Energy Low-Carrier-Density Superconductor FeSe by Shubnikov-de Haas Oscillations (2014)
  • 著者名/発表者名: T. Terashima, N. Kikugawa, A. Kiswandhi, E.-S. Choi, J. S. Brooks, S. Kasahara, T. Watashige, H. Ikeda, T. Shibauchi, Y. Matsuda, T. Wolf, A. E. Bohmer, F. Hardy, C. Meingast, H. v. Lohneysen, and S. Uji,
  • 雑誌名: Phys. Rev. B 巻: 90 ページ: 144517
  • DOI: 10.1103/PhysRevB.90.144517
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] On Infrared Pseudogap in Cuprate and Pnictide High-Temperature Superconductors (2014)
  • 著者名/発表者名: S. J. Moon, Y. S. Lee, A. A. Schafgans, A. V. Chubukov, S. Kasahara, T. Shibauchi, T. Terashima, Y. Matsuda, M. A. Tanatar, R. Prozorov, A. Thaler, P. C. Canfield, S. L. Bud'ko, A. S. Sefat, D. Mandrus, K. Segawa, Y. Ando, D. N. Basov,
  • 雑誌名: Phys. Rev. B 巻: 90 ページ: 014503
  • DOI: 10.1103/PhysRevB.90.014503
  • 査読あり
• [雑誌論文] Direct Observation of Lattice Symmetry Breaking at the Hidden-Order Transition in URu2Si2 (2014)
  • 著者名/発表者名: S. Tonegawa, S. Kasahara, T. Fukuda, K. Sugimoto, N. Yasuda, Y. Tsuruhara, D. Watanabe, Y. Mizukami, Y. Haga, T. D. Matsuda, E. Yamamoto, Y. Onuki, H. Ikeda, Y. Matsuda, and T. Shibauchi,
  • 雑誌名: Nat. Commun. 巻: 5 ページ: 4188
  • DOI: 10.1038/ncomms5188
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Controllable Rashba Spin-Orbit Interaction in Artificially Engineered Superlattices Involving Heavy Fermion Superconductor CeCoIn5 (2014)
  • 著者名/発表者名: M. Shimozawa, S. K. Goh, R. Endo, R. Kobayashi, T. Watashige, Y. Mizukami, H. Ikeda, H. Shishido, Y. Yanase, T. Terashima, T. Shibauchi, and Y. Matsuda,
  • 雑誌名: Phys. Rev. Lett. 巻: 112 ページ: 156404
  • DOI: 10.1103/PhysRevLett.112.156404
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [学会発表] Quantum criticality and BCS-BEC crossover in iron-based superconductors (2014)
  • 著者名/発表者名: T. Shibauchi
  • 学会等名: KITP Conference on Strong Correlations and Unconventional Superconductivity: Towards a Conceptual Framework
  • 発表場所: Santa Barbara, CA, USA
  • 年月日: 2014-09-22 – 2014-09-26
  • 招待講演
• [学会発表] URu2Si2の隠れた秩序とエキゾチック超伝導 (2014)
  • 著者名/発表者名: 芝内孝禎
  • 学会等名: 日本物理学会2014年秋季大会 領域8シンポジウム「重い電子系化合物の新展開」
  • 発表場所: 中部大学(愛知県春日井市）
  • 年月日: 2014-09-07 – 2014-09-10
  • 招待講演
• [学会発表] Quantum criticality in iron pnictide superconductors (2014)
  • 著者名/発表者名: T. Shibauchi
  • 学会等名: 27th International Conference on Low Temperature Physics (LT27)
  • 発表場所: Buenos Aires, Argentina
  • 年月日: 2014-08-06 – 2014-08-13
  • 招待講演
• [学会発表] 反強磁性量子臨界揺らぎと超伝導 (2014)
  • 著者名/発表者名: 芝内孝禎
  • 学会等名: 東北大金研ワークショップ「多自由度が協奏する分子システムの科学」
  • 発表場所: 東北大学金属材料研究所(仙台市）
  • 年月日: 2014-07-18 – 2014-07-20
  • 招待講演
• [学会発表] Quantum criticality and unconventional superconductivity in iron-pnictides (2014)
  • 著者名/発表者名: T. Shibauchi
  • 学会等名: ISSP workshop on "New Horizon of Strongly Correlated Physics" (NHSCP2014)
  • 発表場所: 東京大学物性研究所(柏市）
  • 年月日: 2014-06-25 – 2014-06-27
  • 招待講演
• [学会発表] Symmetry Breaking in the Hidden-Order Phase of URu2Si2 (2014)
  • 著者名/発表者名: T. Shibauchi
  • 学会等名: REIMEI Workshop on "Electronic state of URu2Si2 and related systems"
  • 発表場所: 日本原子力研究機構(東海）
  • 年月日: 2014-06-23 – 2014-06-23
  • 招待講演
• [学会発表] The Superconducting Order Parameter in Iron-based Superconductors (2014)
  • 著者名/発表者名: T. Shibauchi
  • 学会等名: International Conferences on Modern Materials and Technologies (CIMTEC 2014), 7th International Conference on Science and Engineering of Novel Superconductors
  • 発表場所: Montecatini Terme, Italy
  • 年月日: 2014-06-16 – 2014-06-19
  • 招待講演
• [備考] 超伝導ゆらぎによる巨大熱磁気効果の発見
  • URL: http://www.k.u-tokyo.ac.jp/info/entry/22_entry351/
• [備考] 鉄系高温超伝導の発現機構を解く鍵となる電子状態を解明
  • URL: http://www.k.u-tokyo.ac.jp/info/entry/22_entry350/
• [備考] 「ボース・アインシュタイン凝縮に最も近い超伝導状態」を発見
  • URL: http://www.k.u-tokyo.ac.jp/info/entry/22_entry344/
• [備考] 直接観測された物質物理学の謎「隠れた秩序」
  • URL: http://www.k.u-tokyo.ac.jp/info/entry/22_entry314/