サイクロトロン共鳴による「隠れた秩序」相における電子構造の解明

2012 年度 実績報告書

• 研究領域: 重い電子系の形成と秩序化
• 研究課題/領域番号: 23102713
• 研究機関: 京都大学
• 研究代表者: 芝内 孝禎 京都大学, 理学(系)研究科(研究院), 准教授 (00251356)
• 研究期間 (年度): 2011-04-01 – 2013-03-31
• キーワード: 対称性の破れ / ネマティック秩序 / 磁場侵入長 / 量子臨界点

研究実績の概要

本研究では、重い電子系化合物の電子状態をマイクロ波を用いた低温測定により調べた。

1つめの成果として、URu2Si2の「隠れた秩序」相におけるフェルミ面の情報をサイクロトロン共鳴により明らかにした。磁場中の20-60GHz帯マイクロ波吸収測定においてサイクロトロン共鳴を観測し、26年間の謎であった「隠れた秩序」相のフェルミ面の主な構造の同定に成功した。ここで明らかになったのは、、最も信号の強い共鳴を与えるαバンドとよばれるホール面で、バンド計算や量子振動の測定からは明らかにされていなかった有効質量の分裂を発見し、[110]方向にホットスポットを持つことを強く示唆する結果を得た。この結果は、「隠れた秩序」相において正方晶の面内4回対称性を破る電子構造となっていることを示しており、「隠れた秩序」の理解が格段に進むことが期待される。
2つめはマイクロ波を用いた超伝導体の磁場侵入長測定を様々な強相関電子系において行った。特に重い電子系超伝導体の中でも反強磁性量子臨界点に近いことが知られているCeCoIn5およびCe2PdIn8の単結晶試料において、低温で磁場侵入長がともに温度の3/2乗に比例するという特異な振る舞いを示すことが明らかとなった。この温度依存性はこの系で期待されるｄ波超伝導の温度に比例する振る舞いとは異なっており、量子臨界性により超伝導電子の有効質量が波数空間に強く依存していることを示唆している。さらに同様な測定を鉄系超伝導体 BaFe2(As,P)2について行ったところ、量子臨界点近傍で同様な異常を示すとともに、絶対零度における磁場侵入長の値が鋭いピーク構造を持つことを明らかにした。この結果は、超伝導ドームの内部の絶対零度において臨界的な揺らぎが存在していることを実験的にはじめて直接示したものであり、反強磁性量子臨界点が超伝導状態内に存在することを示すものである。

現在までの達成度 (段落)

24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

24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] Terahertz Conductivity of the Heavy-Fermion State in CeCoIn5 (2013)
  • 著者名/発表者名: M. Scheffler, T. Weig, M. Dressel, H. Shishido, Y. Mizukami, T. Terashima, T. Shibauchi, and Y. Matsuda,
  • 雑誌名: J. Phys. Soc. Jpn. 巻: 82 ページ: 043712
  • DOI: 10.7566/JPSJ.82.043712
  • 査読あり
• [雑誌論文] Disorder, Critical Currents, and Vortex Pinning Energies in Isovalently Substituted BaFe2(As1-xPx)2 (2013)
  • 著者名/発表者名: S. Demirdis, Y. Fasano, S. Kasahara, T. Terashima, T. Shibauchi, Y. Matsuda, M. Konczykowski, H. Pastoriza, and C. J. van der Beek,
  • 雑誌名: Phys. Rev. B 巻: 87 ページ: 094506
  • DOI: 10.1103/PhysRevB.87.094506
  • 査読あり
• [雑誌論文] Interplane Resistivity of Isovalent Doped BaFe2(As1-xPx)2 (2013)
  • 著者名/発表者名: M. A. Tanatar, K. Hashimoto, S. Kasahara, T. Shibauchi, Y. Matsuda, and R. Prozorov,
  • 雑誌名: Phys. Rev. B 巻: 87 ページ: 104506
  • DOI: 10.1103/PhysRevB.87.104506
  • 査読あり
• [雑誌論文] Anomalous Superfluid Density in Quantum Critical Superconductors (2013)
  • 著者名/発表者名: K. Hashimoto, Y. Mizukami, R. Katsumata, H. Shishido, M. Yamashita, H. Ikeda, Y. Matsuda, J. A. Schlueter, J. D. Fletcher, A. Carrington, D. Gnida, D. Kaczorowski, and T. Shibauchi,
  • 雑誌名: Proc. Natl. Acad. Sci. USA 巻: 110 ページ: 3293-3297
  • DOI: 10.1073/pnas.1221976110
  • 査読あり
• [雑誌論文] Strong Suppression of Superconductivity by Divalent Ytterbium Kondo-Holes in CeCoIn5 (2012)
  • 著者名/発表者名: M. Shimozawa, T. Watashige, S. Yasumoto, Y. Mizukami, H. Shishido, S. K. Goh, T. Terashima, T. Shibauchi, and Y. Matsuda,
  • 雑誌名: Phys. Rev. B 巻: 86 ページ: 144526
  • DOI: 10.1103/PhysRevB.86.144526
  • 査読あり
• [雑誌論文] Anomalous Upper Critical Field in CeCoIn5/YbCoIn5 Superlattices with Rashba-Type Heavy Fermion Interface (2012)
  • 著者名/発表者名: S. K. Goh, Y. Mizukami, H. Shishido, D. Watanabe, S. Yasumoto, M. Shimozawa, M. Yamashita, T. Terashima, Y. Yanase, T. Shibauchi, A. I. Buzdin, and Y. Matsuda,
  • 雑誌名: Phys. Rev. Lett. 巻: 105 ページ: 157006
  • DOI: 10.1103/PhysRevLett.109.157006
  • 査読あり
• [雑誌論文] Novel Pauli-Paramagnetic Quantum Phase in a Mott Insulator (2012)
  • 著者名/発表者名: D. Watanabe, M. Yamashita, S. Tonegawa, Y. Oshima, H. M. Yamamoto, R. Kato, I. Sheikin, K. Behnia, T. Terashima, S. Uji, T. Shibauchi, and Y. Matsuda,
  • 雑誌名: Nature Commun. 巻: 3 ページ: 1090
  • DOI: 10.1038/ncomms2082
  • 査読あり
• [雑誌論文] Thermodynamic Phase Diagram, Phase Competition, and Uniaxial Pressure Effects in BaFe2(As1-xPx)2 Studied by Thermal Expansion (2012)
  • 著者名/発表者名: A. E. B#246;hmer, P. Burger, F. Hardy, T. Wolf, P. Schweiss, R. Fromknecht, H. v. L#246;hneysen, C. Meingast, H. K. Mak, R. Lortz, S. Kasahara, T. Terashima, T. Shibauchi, and Y. Matsuda,
  • 雑誌名: Phys. Rev. B 巻: 86 ページ: 094521
  • DOI: 10.1103/PhysRevB.86.094521
  • 査読あり
• [雑誌論文] Octet-Line Node structure of Superconducting Order Parameter in KFe2As2 (2012)
  • 著者名/発表者名: K. Okazaki, Y. Ota, Y. Kotani, et al.
  • 雑誌名: Science 巻: 337 ページ: 1314-1317
  • DOI: 10.1126/science.1222793
  • 査読あり
• [雑誌論文] Cyclotron Resonance in the Hidden-Order Phase of URu2Si2 (2012)
  • 著者名/発表者名: S. Tonegawa, K. Hashimoto, K. Ikada, Y. H. Lin, H. Shishido, Y. Haga, T. D. Matsuda, E. Yamamoto, Y. Onuki, H. Ikeda, Y. Matsuda, and T. Shibauchi,
  • 雑誌名: Phys. Rev. Lett. 巻: 109 ページ: 036401
  • DOI: 10.1103/PhysRevLett.109.036401
  • 査読あり
• [雑誌論文] Measurement of an Energy Pseudogap for P-Doped and Co-Doped High-Temperature BaFe2As2 Superconductors Using Infrared Spectroscopy (2012)
  • 著者名/発表者名: S. J. Moon, A. A. Schafgans, S. Kasahara, T. Shibauchi, T. Terashima, Y. Matsuda, M. A. Tanatar, R. Prozorov, A. Thaler, P. C. Canfield, A. S. Sefat, D. Mandrus, and D. N. Basov,
  • 雑誌名: Phys. Rev. Lett. 巻: 109 ページ: 027006
  • DOI: 10.1103/PhysRevLett.109.027006
  • 査読あり
• [雑誌論文] A Sharp Peak of the Zero-Temperature Penetration Depth at Optimal Composition in the Iron-Based Superconductor BaFe2(As1-xPx)2 (2012)
  • 著者名/発表者名: K. Hashimoto, K. Cho, T. Shibauchi, et al.
  • 雑誌名: Science 巻: 336 ページ: 1554-1557
  • DOI: 10.1126/science.1219821
  • 査読あり
• [雑誌論文] Electronic Nematicity above the Structural and Superconducting Transition in BaFe2(As1-xPx)2 (2012)
  • 著者名/発表者名: S. Kasahara, H. J. Shi, K. Hashimoto, S. Tonegawa, Y. Mizukami, T. Shibauchi, K. Sugimoto, T. Fukuda, T. Terashima, A. H. Nevidomskyy, and Y. Matsuda,
  • 雑誌名: Nature 巻: 486 ページ: 382-385
  • DOI: 10.1038/nature11178
  • 査読あり
• [雑誌論文] Emergent Rank-5 Nematic Order in URu2Si2 (2012)
  • 著者名/発表者名: H. Ikeda, M.-T. Suzuki, R. Arita, T. Takimoto, T. Shibauchi, and Y. Matsuda,
  • 雑誌名: Nature Phys. 巻: 8 ページ: 528-533
  • DOI: 10.1038/nphys2330
  • 査読あり
• [雑誌論文] Gradual Suppression of Antiferromagnetism in BaFe2(As1-xPx)2: Zero-Temperature Evidence for a Quantum Critical Point (2012)
  • 著者名/発表者名: T. Iye, Y. Nakai, S. Kitagawa, K. Ishida, S. Kasahara, T. Shibauchi, Y. Matsuda, and T. Terashima,
  • 雑誌名: Phys. Rev. B 巻: 85 ページ: 184505
  • DOI: 10.1103/PhysRevB.85.184505
  • 査読あり
• [学会発表] 鉄系、銅系超伝導の実験 (2013)
  • 著者名/発表者名: 芝内孝禎
  • 学会等名: 日本物理学会第68回年次大会
  • 発表場所: 広島大学東広島キャンパス
  • 年月日: 2013-03-26 – 2013-03-29
  • 招待講演
• [学会発表] Symmetry Breaking in the Hidden-Order Phase of URu2Si2 (2013)
  • 著者名/発表者名: Takasada Shibauchi
  • 学会等名: The March Meeting of the American Physical Society
  • 発表場所: Baltimore, MD, USA
  • 年月日: 2013-03-18 – 2013-03-22
  • 招待講演
• [学会発表] Antiferromagnetic Quantum Critical Point and Nematic Transition in BaFe2(As1-xPx)2 (2012)
  • 著者名/発表者名: Takasada Shibauchi
  • 学会等名: International Symposium on Superconductibity 2012 (ISS2012)
  • 発表場所: Funabori, Tokyo
  • 年月日: 2012-12-03 – 2012-12-05
  • 招待講演
• [学会発表] Quantum Critical Phenomena in Strongly Correlated Electron Systems (2012)
  • 著者名/発表者名: Takasada Shibauchi
  • 学会等名: Summit of Material Science 2012 (SMS2012)
  • 発表場所: Tohoku University, Sendai
  • 年月日: 2012-11-28 – 2012-11-30
  • 招待講演
• [学会発表] 鉄ヒ素系超伝導体の隠れた量子臨界点とネマティック相転移 (2012)
  • 著者名/発表者名: 芝内孝禎
  • 学会等名: 日本物理学会秋季大会
  • 発表場所: 横浜国立大学
  • 年月日: 2012-09-18 – 2012-09-21
  • 招待講演
• [学会発表] Exotic Superconductivity of Heavy Electrons in Artificial Two-Dimensional Kondo Lattices (2012)
  • 著者名/発表者名: Takasada Shibauchi
  • 学会等名: International Conference on Quantum Criticality and Novel Phases (QCNP)
  • 発表場所: Dresden, Germany
  • 年月日: 2012-08-27 – 2012-08-29
  • 招待講演
• [学会発表] Nematic Transition and Antiferromagnetic Quantum Critical Point in BaFe2(As,P)2 (2012)
  • 著者名/発表者名: Takasada Shibauchi
  • 学会等名: Innovations in Strongly Correlated Electrons Workshop
  • 発表場所: Trieste, Italy
  • 年月日: 2012-08-13 – 2012-08-17
  • 招待講演
• [学会発表] Nematic Transition and Antiferromagnetic Quantum Critical Point in BaFe2(As,P)2 (2012)
  • 著者名/発表者名: Takasada Shibauchi
  • 学会等名: Second Joint Super‐PIRE REIMEI Workshop
  • 発表場所: Bethesda, MD, USA
  • 年月日: 2012-08-03 – 2012-08-05
  • 招待講演
• [学会発表] Quantum Critical Point Hidden beneath the Superconducting Dome of BaFe2(As,P)2 (2012)
  • 著者名/発表者名: Takasada Shibauchi
  • 学会等名: International Conference on Materials and Mechanisms of Superconductivity (M2S 2012)
  • 発表場所: Washington DC, USA
  • 年月日: 2012-07-30 – 2012-08-03
  • 招待講演
• [学会発表] Exotic Superconductivity of Heavy Electrons in Artificial Two-Dimensional Kondo Lattices (2012)
  • 著者名/発表者名: Takasada Shibauchi
  • 学会等名: The 19th International Conference on Magnetism (ICM2012) with Strongly Correlated Electron Systems (SCES)
  • 発表場所: Busan, Korea
  • 年月日: 2012-07-08 – 2012-07-13
  • 招待講演
• [学会発表] Symmetry Breaking in the Hidden Order Phase of URu2Si2 (2012)
  • 著者名/発表者名: Takasada Shibauchi
  • 学会等名: The 4th International Workshop on the Dual Nature of f-electrons
  • 発表場所: Himeji, Japan
  • 年月日: 2012-07-04 – 2012-07-06
  • 招待講演
• [学会発表] Exotic Superconductivity of Heavy Electrons in Artificial Two-Dimensional Kondo Lattices (2012)
  • 著者名/発表者名: Takasada Shibauchi
  • 学会等名: Collaborative Conference on Materials Research (CCMR2012)
  • 発表場所: Seoul, Korea
  • 年月日: 2012-06-25 – 2012-06-29
  • 招待講演
• [学会発表] BaFe2(As1-xPx)2の超伝導ドーム内に隠れた量子臨界点 (2012)
  • 著者名/発表者名: 芝内孝禎
  • 学会等名: 基研研究会「鉄系高温超伝導の物理 ～スピン・軌道・格子～」
  • 発表場所: 京都大学基礎物理学研究所
  • 年月日: 2012-06-21 – 2012-06-21
  • 招待講演
• [学会発表] Symmetry Breaking in the Hidden Order Phase of URu2Si2 (2012)
  • 著者名/発表者名: Takasada Shibauchi
  • 学会等名: International Conference on Superconductivity and Magnetism (ICSM2012)
  • 発表場所: Istanbul, Turkey
  • 年月日: 2012-04-29 – 2012-05-04
  • 招待講演
• [備考] Research Highlights
  • URL: http://kotai2.scphys.kyoto-u.ac.jp/index.php?Research%20Highlights
• [備考] 絶対零度の量子ゆらぎにより重くなる超伝導電子－電子が特定の方向で重くなる異常な現象を発見－
  • URL: http://www.kyoto-u.ac.jp/ja/news_data/h/h1/news6/2012/130212_1.htm
• [備考] 超伝導物質が絶対零度で示す新しい臨界現象を発見
  • URL: http://www.kyoto-u.ac.jp/ja/news_data/h/h1/news6/2012/120622_2.htm
• [備考] 鉄原子を含む高温超伝導体の仕組みを解くカギ「電子のネマティック液晶状態」を発見
  • URL: http://www.kyoto-u.ac.jp/ja/news_data/h/h1/news6/2012/120621_1.htm