第一原理計算によるスピン軌道相互作用と電子相関の織りなす物性予測

2014 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 24540369
• 研究機関: 立命館大学
• 研究代表者: 池田 浩章 立命館大学, 理工学部, 教授 (90311737)
• 研究分担者: 鈴木 通人 独立行政法人・理化学研究所, 創発物性科学研究センター, 研究員 (10596547) ; 有田 亮太郎 独立行政法人・理化学研究所, 創発物性科学研究センター, チームリーダー (80332592)
• 研究期間 (年度): 2012-04-01 – 2015-03-31
• キーワード: 重い電子系超伝導 / 隠れた秩序 / 第一原理計算 / 多極子秩序

研究実績の概要

重い電子系化合物は，スピンと軌道が絡み合った多自由度系であり，その強い電子間相互作用によって新奇な秩序状態が出現する舞台となっているが，これまで，その複雑な電子構造を読み解いて，個々の物質の多様な物性を理解する事はほぼ不可能であると考えられてきた。しかし、当該グループの開発した方法論によれば，相対論的第一原理計算から低エネルギー有効模型を構築することができ，さらに，動的平均場近似や揺らぎ交換近似などの量子多体計算と組み合わせることで，その複雑な電子状態を読み解くことが可能になってきている。本研究プロジェクトにおいては，この方法論を発展させ，いくつかの重い電子系化合物に適用することで，これまでの謎を解決に導く糸口を得るとともに，非BCS超伝導に関する新たな知見を得ることができた。主たる研究成果として以下の５点が挙げられる。
1. URu2Si2の遍歴的側面を明らかにし，隠れた秩序がE-対称性をもつ32極子である可能性，2. 初めてのd波超伝導体と考えられてきたCeCu2Si2の超伝導ギャップ関数が実はs±波である可能性が高いこと，3. CeCoIn5の反強磁性的揺らぎの構造を理解する上で，重い電子状態の形成機構が重要となること，4. スピン三重項超伝導体の代表例であるUPt3の超伝導ギャップ構造，5. その他，実験グループとの共同研究によって，鉄系超伝導体における量子臨界点の存在や軌道秩序の可能性などを議論した。いずれの研究も世界に先行した研究成果であり，今後のさらなる展開に興味がもたれる。

研究成果

• [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: Tetsuya Iye, Marc-Henri Julien, Hadrien Mayaffre, Mladen Horvatic, Claude Berthier, Kenji Ishida, Hiroaki Ikeda, Shigeru Kasahara, Takasada Shibauchi, Yuji Matsuda
  • 雑誌名: J. Phys. Soc. Jpn. 巻: 84 ページ: 043705
  • DOI: 10.7566/JPSJ.84.043705
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Emergent Loop-Nodal s±-Wave Superconductivity in CeCu2Si2: Similarities to the Iron-Based Superconductors (2015)
  • 著者名/発表者名: H. Ikeda, M.T. Suzuki, R. Arita
  • 雑誌名: Phys. Rev. Lett. 巻: 114 ページ: 147003
  • DOI: 10.1103/PhysRevLett.114.147003
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Pseudogap formation above the superconducting dome in iron pnictides (2014)
  • 著者名/発表者名: T. Shimojima, T. Sonobe, W. Malaeb, and H. Ikeda, et al.
  • 雑誌名: Phys. Rev. B 巻: 89 ページ: 045101
  • DOI: 10.1103/PhysRevB.89.045101
  • 査読あり
• [雑誌論文] Multiband Superconductivity with Unexpected Deficiency of Nodal Quasiparticles in CeCu2Si2 (2014)
  • 著者名/発表者名: Shunichiro Kittaka, Yuya Aoki, Yasuyuki Shimura, Toshiro Sakakibara, Silvia Seiro, Christoph Geibel, Frank Steglich, Hiroaki Ikeda, and Kazushige Machida
  • 雑誌名: Phys. Rev. Lett. 巻: 112 ページ: 067002
  • DOI: 10.1103/PhysRevLett.112.067002
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Controllable Rashba Spin-Orbit Interaction in Artificially Engineered Superlattices Involving the 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
• [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, T. Shibauchi
  • 雑誌名: Nature 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] Multipole fluctuations of itinerant f electrons and triakontadipole order in URu2Si2 (2014)
  • 著者名/発表者名: H. Ikeda, M.T. Suzuki, R. Arita, T. Takimoto
  • 雑誌名: Comptes Rendus Physique 巻: 15 ページ: 587-598
  • DOI: 10.1016/j.crhy.2014.07.002
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Fermi surface evolution and d-wave superconductivity in CeCoIn5: Analysis based on LDA plus DMFT method (2014)
  • 著者名/発表者名: Takuya Nomoto, Hiroaki Ikeda
  • 雑誌名: Phys. Rev. B 巻: 90 ページ: 125147
  • DOI: 10.1103/PhysRevB.90.125147
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Lifting of xz/yz orbital degeneracy at the structural transition in detwinned FeSe (2014)
  • 著者名/発表者名: T. Shimojima, Y. Suzuki, T. Sonobe, and H. Ikeda, et al.
  • 雑誌名: Phys. Rev. B 巻: 90 ページ: 121111(R)
  • DOI: 10.1103/PhysRevB.90.121111
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Anomalous Fermi surface in FeSe seen by Shubnikov-de Haas oscillation measurements (2014)
  • 著者名/発表者名: Taichi Terashima, N. Kikugawa, and H. Ikeda, et al.
  • 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] Multipole order and global/site symmetry in the hidden-order phase of URu2Si2 (2014)
  • 著者名/発表者名: M.T. Suzuki, H. Ikeda
  • 雑誌名: Phys. Rev. B 巻: 90 ページ: 184407
  • DOI: 10.1103/PhysRevB.90.184407
  • 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: Shigeru Kasahara, Tatsuya Watashige, Tetsuo Hanaguri, and Hiroaki Ikeda, et al.
  • 雑誌名: Proc. Natl Acad. Sci. 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] Broken symmetries in URu2Si2 (2014)
  • 著者名/発表者名: T. Shibauchi, H. Ikeda, Y. Matsuda
  • 雑誌名: Phil. Mag. 巻: 94 ページ: 3747-3759
  • DOI: 10.1080/14786435.2014.887861
  • 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, and H. Ikeda, et al.
  • 雑誌名: Sci. Rep. 巻: 4 ページ: 7292
  • DOI: 10.1038/srep07292
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [学会発表] First-principles approach to heavy-fermion superconductors (2014)
  • 著者名/発表者名: Hiroaki Ikeda
  • 学会等名: Novel Quantum States in Condensed Matter 2014
  • 発表場所: YITP, 京都府京都市
  • 年月日: 2014-11-26 – 2014-11-26
• [学会発表] CeCu2Si2の超伝導ギャップ対称性 --- 鉄系との類似性について --- (2014)
  • 著者名/発表者名: 池田浩章
  • 学会等名: 基研研究会「多自由度電子状態と電子相関が生み出す新奇超伝導の物理」
  • 発表場所: 京都大学 基礎物理学研究所, 京都府京都市
  • 年月日: 2014-10-22 – 2014-10-22
  • 招待講演
• [学会発表] Multipole order/fluctuations of itinerant f-electrons in URu2Si2 and CeCu2Si2 (2014)
  • 著者名/発表者名: Hiroaki Ikeda
  • 学会等名: International Conference on Strongly Correlated Electron Systems
  • 発表場所: Grenoble, France
  • 年月日: 2014-07-09 – 2014-07-09
  • 招待講演