精密比熱測定による量子臨界点近傍の超伝導異常物性の研究

2014 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 25610096
• 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): 2013-04-01 – 2015-03-31
• キーワード: 低温物性測定 / 比熱 / 超伝導 / 上部臨界磁場 / ギャップ構造 / 鉄系超伝導 / 準粒子励起 / 異方的超伝導

研究実績の概要

本研究では、絶対零度で起こる相転移である量子相転移近傍においてしばしば出現する非従来型超伝導に焦点を当て、絶対零度付近で増強された量子ゆらぎが超伝導状態にどのように影響するかを明らかにすることを目的としている。我々は量子臨界点の存在が様々な測定から明らかとなっている鉄系高温超伝導体BaFe2(As,P)2の純良単結晶試料において、低温磁場中の準粒子励起を比熱の精密測定により調べた。
平成26年度は、英国ブリストル大学と共同で、様々な組成の試料を用いて比熱の温度依存性、磁場依存性、磁場角度依存性の測定を行い、低エネルギー準粒子励起の様子からギャップ構造の情報を得ることに成功した。その結果、広い置換範囲において、超伝導ギャップにゼロ点(ノード)が存在する非従来型異方的超伝導状態にあることがわかった。
これと並行して、フランスのエコールポリテクニークと共同で、電子線照射により不純物散乱を導入した試料を用いて、電気抵抗測定および磁気測定により電子状態相図が乱れによりどのように変化するかを明らかにする実験を行った。その結果、不純物散乱の増加に伴い、低置換領域では反強磁性および構造相転移温度が低下し、超伝導転移温度はわずかに上昇する傾向が観測された。高置換領域では超伝導転移温度は単調に減少した。これらの結果を合わせると、乱れの導入により、超伝導転移温度が一様に抑制される効果に加えて、温度-置換相図上において反強磁性相が抑制されるとともに量子臨界点がより低置換側に移動し、それとともに超伝導ドームも同様にシフトすることが強く示唆される。このことは、この系において、量子臨界性と超伝導が密接な関係を持つことを意味しており、量子臨界点付近で増大した量子揺らぎが超伝導転移温度を上げるのに役立っている可能性を示す重要な結果であると考えられる。

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: 111 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/