鉄系超伝導体におけるスピン及び軌道の物理と異常常伝導相の研究

2014 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 24684026
• 研究機関: 京都大学
• 研究代表者: 笠原 成 京都大学, 理学(系)研究科(研究院), 助教 (10425556)
• 研究期間 (年度): 2012-04-01 – 2015-03-31
• キーワード: 鉄系超伝導 / 軌道秩序 / 量子振動 / フェルミエネルギー / 超シャロウバンド / BCS-BECクロスオーバー / 新奇量子凝縮状態

研究実績の概要

本年度は、これまで進めてきたBaFe2(As1-xPx)2にみられる量子臨界性、並びに超伝導ギャップの研究を更に進めるとともに、最近開発された11系鉄カルコゲナイド超伝導体 FeSe (Tc~10 K) の純良単結晶を用いて、熱伝導率測定、電子輸送現象測定、熱起電力測定、走査トンネル分光測定といった各種の精密物性測定を行った。 特に、FeSeについては下記の知見が明らかになった。
(1) 軌道秩序状態にあるこの物質が、バンド端からの有効フェルミエネルギー (或いはフェルミ温度) が異常に小さな超シャロウバンド物質であることを見出した。驚くべきことに、通常金属のフェルミ温度が数万 Kであるのに対し、この物質のそれは僅か数十 Kしかない。同様の描像は高磁場量子振動測定の結果からも結論付けられる。

(2) 更にその超伝導状態では、フェルミエネルギーと超伝導ギャップがほぼ等しい特異な量子凝縮状態が実現していることを見出した。これまで知られている超伝導体では、超伝導ギャップがフェルミエネルギーに対して5-6桁小さいのに対し、この物質では異常な程に大きい。このことから、この物質の量子凝縮相が弱結合BCS状態から強結合BEC状態へのクロスオーバー領域にあると考えられる。

(3) このような超シャロウバンド物質での超伝導では、磁場中でゼーマン分裂と超伝導ギャップ、更に電子系の有効フェルミエネルギーが拮抗し、これまでにない超伝導状態が実現することが期待される。希釈冷凍機温度域における熱伝導率測定を行ったところ、超伝導相内部の極低温高磁場において新たな量子凝縮状態への変化を示す異常が見出された。これらは超シャロウバンド構造という特異な電子状態を舞台としたBCS-BECクロスオーバー領域にある量子凝縮状態の新しい展開を与えるものである。

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。

次年度使用額が生じた理由

26年度が最終年度であるため、記入しない。

次年度使用額の使用計画

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] Field-Induced Superconducting Phase of FeSe in the BCS-BEC Crossover (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] Anomalous Fermi Surface in FeSe Seen by Shubnikov-de Haas Oscillation Measurements (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: http://dx.doi.org/10.1103/PhysRevB.90.144517
  • 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 Communications 巻: 5 ページ: 4188
  • DOI: 10.1038/ncomms5188
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] 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] 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: Nature Communications 巻: 5 ページ: 5657
  • DOI: 10.1038/ncomms6657
  • 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, T. Terashima, Y. Matsuda, et al.,
  • 雑誌名: Scientific Reports 巻: 4 ページ: 7292
  • DOI: 10.1038/srep07292
  • 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: Nature Communications 巻: 5 ページ: 5679
  • DOI: 10.1038/ncomms6679
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [学会発表] Fine tuning of the quantum criticality in the heavy fermion superlattices CeRhIn 5/YbRhIn 5 (2015)
  • 著者名/発表者名: Ryota Endo, Rintaro Toda, Yousuke Hanaoka, Masaaki Shimozawa, Takuya Yamashita, Yusuke Shimoyama, Shigeru Kasahara, Yoshi Tokiwa, Yuichi Kasahara, Takasada Shibauchi, Takahito Terashima, Yuji Matsuda
  • 学会等名: APS March Meeting 2015
  • 発表場所: San Antonio, TX, USA
  • 年月日: 2015-03-21 – 2015-03-24
• [学会発表] 電子線照射により不純物散乱を導入した鉄系超伝導体BaFe2(As1-xPx)2における電子相図 (2015)
  • 著者名/発表者名: 松浦康平，藏田聡信A，水上雄太，M. Konczykowski，綿重達哉，笠原成，松田祐司，芝内孝禎
  • 学会等名: 日本物理学会 第70回年次大会
  • 発表場所: 早稲田大学 (東京都)
  • 年月日: 2015-03-21 – 2015-03-24
• [学会発表] 鉄系超伝導体FeSeにおけるネマティック感受率測定 (2015)
  • 著者名/発表者名: 細井優，藏田聡信，松浦康平，小林遼，水上雄太，綿重達哉，笠原成，松田祐司，芝内孝禎
  • 学会等名: 日本物理学会 第70回年次大会
  • 発表場所: 早稲田大学 (東京都)
  • 年月日: 2015-03-21 – 2015-03-24
• [学会発表] FeSe純良単結晶における磁気トルク測定 (2015)
  • 著者名/発表者名: 笠原成，小林遼，下山祐介，綿重達也，山下卓也，芝内孝禎，松田祐司，Thomas Wolf，Hilbert v. Lohneysen
  • 学会等名: 日本物理学会 第70回年次大会
  • 発表場所: 早稲田大学 (東京都)
  • 年月日: 2015-03-21 – 2015-03-24
• [学会発表] AFe2As2(A=K, Rb ,Cs)のネルンスト係数、ゼーベック係数の測定 (2015)
  • 著者名/発表者名: 下山祐介，笠原成，山下卓也，寺澤大樹，T. Wolf，H. v. Lohneysen，芝内孝禎，笠原裕一，松田祐司
  • 学会等名: 日本物理学会 第70回年次大会
  • 発表場所: 早稲田大学 (東京都)
  • 年月日: 2015-03-21 – 2015-03-24
• [学会発表] 重い電子系人工超格子CeRhIn5/YbRhIn5における量子臨界性の精密制御 (2015)
  • 著者名/発表者名: 遠藤僚太，戸田琳太郎，花岡洋祐，下澤雅明A，山下卓也，下山祐介，笠原成，常盤欣文，笠原裕一，芝内孝禎，寺嶋孝仁，松田祐司
  • 学会等名: 日本物理学会 第70回年次大会
  • 発表場所: 早稲田大学 (東京都)
  • 年月日: 2015-03-21 – 2015-03-24
• [学会発表] 重い電子系化合物CeCoIn5エピタキシャル薄膜のSTM/STS測定 (2015)
  • 著者名/発表者名: 綿重達哉，花岡洋祐，笠原成，笠原裕一，芝内孝禎，寺嶋孝仁，花栗哲郎，松田祐司
  • 学会等名: 日本物理学会 第70回年次大会
  • 発表場所: 早稲田大学 (東京都)
  • 年月日: 2015-03-21 – 2015-03-24
• [学会発表] 角度分解光電子分光で見たFeSeの常伝導電子状態(2) (2015)
  • 著者名/発表者名: 鈴木裕也，下志万貴博，園部竜也，中村飛鳥，坂野昌人，大間知潤子，吉岡孝高，五神真，小野寛太，組頭広志，A. Bohmer，F. Hardy，T. Wolf，C. Meingast，H. v. Lohneysen，笠原成，池田浩章，芝内孝禎，松田祐司，石坂香子
  • 学会等名: 日本物理学会 第70回年次大会
  • 発表場所: 早稲田大学 (東京都)
  • 年月日: 2015-03-21 – 2015-03-24
• [学会発表] FeSeの超伝導ギャップのFriedel振動 (2015)
  • 著者名/発表者名: 花栗哲郎，綿重達哉，幸坂祐生，岩谷克也，町田理，笠原成，小林遼，芝内孝禎，松田祐司，A. Boehmer，T. Wolf，C. Meingast，H. v. Loehneysen
  • 学会等名: 日本物理学会 第70回年次大会
  • 発表場所: 早稲田大学 (東京都)
  • 年月日: 2015-03-21 – 2015-03-24
• [学会発表] Preformed pairing in superconducting FeSe in the BCS-BEC cross-over regime (2015)
  • 著者名/発表者名: S. Kasahara, Y. Shimoyama, R. Kobayashi, T. Yamashita, T. Watashige, Y. Matsuda, T. Shibauchi, T. Wolf, A. E. Bohmer, F. Hardy, C. Meingast, H. v. Lohneysen
  • 学会等名: APS March Meeting 2015
  • 発表場所: San Antonio, TX, USA
  • 年月日: 2015-03-02 – 2015-03-06
• [学会発表] Friedel oscillations of the superconducting gap in FeSe (2015)
  • 著者名/発表者名: T. Hanaguri, T. Watashige, Y. Kohsaka, K. Iwaya, T. Machida, T. Shibauchi, R. Kobayashi, S. Kasahara, Y. Matsuda, A. Bohmer, T. Wolf, C. Meingast, H. v. Lohneysen
  • 学会等名: APS March Meeting 2015
  • 発表場所: San Antonio, TX, USA
  • 年月日: 2015-03-02 – 2015-03-06
• [学会発表] Local characterization of superconductivity in BaFe 2(As1−xPx)2 (2015)
  • 著者名/発表者名: Ophir Auslaender, Yuval Lamhot, Alon Yagil, Nadav Shapira, Shigeru Kasahara, Tatsuya Watashige, Takasada Shibauchi, Yuji Matsuda
  • 学会等名: APS March Meeting 2015
  • 発表場所: San Antonio, TX, USA
  • 年月日: 2015-03-02 – 2015-03-06
• [学会発表] Spin fluctuations-corrected DFT for Fe-based superconductors (2015)
  • 著者名/発表者名: Luciano Ortenzi, Hlynur Gretarsson, S. Kasahara, Y. Matsuda, T. Shibauchi, K.D. Finkelstein, W. Wu, S.R. Julian, Young-June Kim, I.I. Mazin, Lilia Boeri
  • 学会等名: APS March Meeting 2015
  • 発表場所: San Antonio, TX, USA
  • 年月日: 2015-03-02 – 2015-03-06
• [学会発表] FeSe におけるBCS-BECクロスオーバー領域の超伝導 (2014)
  • 著者名/発表者名: 笠原成
  • 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)
  • 年月日: 2014-10-21 – 2014-10-22
  • 招待講演
• [学会発表] FeSe純良単結晶におけるパルス強磁場測定 (2014)
  • 著者名/発表者名: 笠原成，山下卓也，下山祐介，綿重達也，小林遼，芝内孝禎，松田祐司，William Knafo，Mattew Watoson，Amalia Coldea，Frederic Hardy，Christoph Meingast，Thomas Wolf，Hilbert v. Lohneysen
  • 学会等名: 日本物理学会 2014年秋季大会
  • 発表場所: 中部大学 (愛知県)
  • 年月日: 2014-09-07 – 2014-09-10
• [学会発表] STM/STSで見たFeSeの渦糸芯における量子効果 (2014)
  • 著者名/発表者名: 花栗哲郎，綿重達哉，幸坂祐生，岩谷克也，付英双，町田理，笠原成，渡辺大樹，水上雄太，三上拓也，川本雄太，蔵田聡，芝内孝禎，松田祐司，A. Boehmer，T. Wolf，C. Meingast，H. v. Loehneysen
  • 学会等名: 日本物理学会 2014年秋季大会
  • 発表場所: 中部大学 (愛知県)
  • 年月日: 2014-09-07 – 2014-09-10
• [学会発表] FeSeのネルンスト効果の観測 (2014)
  • 著者名/発表者名: 下山祐介，山下卓也，遠藤僚太，綿重達哉，笠原成，小林遼，T. Wolf，H. v. Lohneysen，芝内孝禎，松田祐司
  • 学会等名: 日本物理学会 2014年秋季大会
  • 発表場所: 中部大学 (愛知県)
  • 年月日: 2014-09-07 – 2014-09-10
• [学会発表] 鉄系超伝導体FeSeの純良単結晶を用いた電気抵抗および常磁性帯磁率測定 (2014)
  • 著者名/発表者名: 小林遼，綿重達哉，笠原成，T. Wolf，H. v. Lohneysen，池田浩章，芝内孝禎，松田祐司
  • 学会等名: 日本物理学会 2014年秋季大会
  • 発表場所: 中部大学 (愛知県)
  • 年月日: 2014-09-07 – 2014-09-10
• [学会発表] FeSeのSdH振動 (2014)
  • 著者名/発表者名: 寺嶋太一，菊川直樹，Andhika Kiswandhi，Eun-Sang Choi，James S. Brooks，笠原成，綿重達哉，池田浩章，芝内孝禎，松田祐司，Thomas Wolf，Anna E. Bohmer，Fredric Hardy，Christoph Meingast，Hilbert v. Lohneysen，宇治進也
  • 学会等名: 日本物理学会 2014年秋季大会
  • 発表場所: 中部大学 (愛知県)
  • 年月日: 2014-09-07 – 2014-09-10
• [学会発表] 重い電子系CeRhIn5/YbRhIn5人工超格子を用いた量子臨界性制御 (2014)
  • 著者名/発表者名: 花岡洋祐，遠藤僚太，戸田琳太郎，下澤雅明，笠原成，常盤欣文，芝内孝禎，寺嶋孝仁，松田祐司
  • 学会等名: 日本物理学会 2014年秋季大会
  • 発表場所: 中部大学 (愛知県)
  • 年月日: 2014-09-07 – 2014-09-10
• [学会発表] Superconductivity in FeSe with Extremely Small Fermi Energy (2014)
  • 著者名/発表者名: Shigeru Kasahara
  • 学会等名: Energy Materials Nanotechnology (EMN) Workshop on Iron and Iridium based Superconductivity
  • 発表場所: Cancun , Mexico
  • 年月日: 2014-06-09 – 2014-06-12
  • 招待講演
• [備考] 京都大学 固体電子物性研究室ホームページ
  • URL: http://kotai2.scphys.kyoto-u.ac.jp/index.php