研究課題
若手研究(A)
本研究では、鉄系超伝導の主要な研究舞台であるBaFe_2As_2を母物質にもつ系のなかでも、特に純良な単結晶が育成可能である等原子価置換系BaFe_2(As_<1-x>P_x)_2について、磁気トルクによる高感度の面内異方性測定、及び放射光X線を用いた高分解能の単結晶構造評価を行った。その結果、従来考えられていた構造・磁気秩序相よりも高温領域において、結晶格子から期待される面内回転対称性を電子状態が自発的に破る「電子ネマティック相」が存在することが明らかになった。この対称性の破れた秩序相は超伝導相を覆うように拡がっており、超伝導発現に関連している可能性が挙げられる。また光学伝導度測定からは、状態密度の減少を示唆する擬ギャップ的振る舞いが、超伝導相の高温領域において現れることが明らかになった。この系では、構造・磁気相転移が消失する近傍において、非フェルミ液体的な輸送現象や、磁気量子振動から見積もられる電子の有効質量の増大、核磁気共鳴測定にみられる反強磁性揺らぎの増大など、様々な異常物性が見出され、同時に超伝導転移温度が最大となることが明らかになっている。これらは絶対零度における量子相転移(量子臨界点)とその揺らぎの存在を示唆するものであるが、超伝導ドーム内において量子臨界点が存在するか否かは、その検証の難しさから長年の問題であった。本研究では、超伝導電子の有効質量を直接反映した物理量である磁場侵入長に着目し、絶対零度極限におけるその組成依存性を詳細に調べた。その結果、磁気秩序が消失し超伝導転移温度が最大となる最適組成において、磁場侵入長が発散的に大きくなり極大を示すことを明らかにし、絶対零度における量子相転移の存在を示した。鉄系超伝導の発現機構を解く鍵は、スピンと軌道の揺らぎ、及びその秩序形成の物理を明らかにあり、上記の成果は重要な知見を与えるものと考えられる。
2: おおむね順調に進展している
本研究では電子の自己組織化を示す「電子ネマディック相」、および絶対零度における「量子相転移」という重要な知見を見出すに至った。更には、純良単結晶を基盤として、電子ネマティック相と擬ギャップ、および軌道秩序との関係が明らかになりつつある。これらを踏まえると研究はおおむね順調に進展しているといえる。
鉄系超伝導体の多様な相図に隠されたスピンと軌道の揺らぎ、及びその秩序に起因した異常物性を実験的に捉え、超伝導との関係を明確にするためには純良単結晶の創出と精密な物性測定の融合が必要不可欠になる。そこで今後とも純良単結晶育成から精密物性測定までを一貫した研究を行う。
ホールドーブ系Ba1-xKxFe2As2について、精密磁気トルク測定が可能となるような微小純良単結晶試料を作製し、面内異方性を精査することで電子ネマティック相の存在を検証をする。これにより鉄系超伝導を誘起するキャリアドープ系および等電子価置換による非キャリアドープの三つの軸に対して、電子状態の対称性低下と超伝導発現との関連を明らかにし、この系の軌道とスピンの物理を総合的に明らかにする。このために純良単結晶試料の作製環境の整備、及び極低温磁場中における精密物性測定の環境整備を行う.
すべて 2013 2012
すべて 雑誌論文 (7件) (うち査読あり 7件) 学会発表 (25件)
Physical Review B
巻: 87 ページ: 104506-1-5
10.1103/PhysRevB.87.104506
巻: 87 ページ: 94506-1-11
10.1103/PhysRevB.87.094506
Physicl Review B
巻: 85 ページ: 184505-1-5
10.1103/PhysRevB.85.184505
Nature
巻: 486 ページ: 382-385
10.1038/nature11178
Science
巻: 336 ページ: 1554-1557
10.1126/science. 1219821
Phys. Rev. Lett
巻: 109 ページ: 027006-1-6
10.11 03/PhysRevLett. 109.027006
巻: 86 ページ: 094521-1-8
10.1103/PhysRevB.86.094521
