Study of novel superconducting states near the quantum critical point

2018 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 15H02106
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (A)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Section: 一般
• Research Field: Condensed matter physics II
• Research Institution: The University of Tokyo
• Principal Investigator: Shibauchi Takasada 東京大学, 大学院新領域創成科学研究科, 教授 (00251356)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 水上 雄太 東京大学, 大学院新領域創成科学研究科, 助教 (80734095)
• Research Collaborator: Shimozawa Masaaki 東京大学, 物性研究所, 助教 (40736162)
• Project Period (FY): 2015-04-01 – 2019-03-31
• Keywords: 量子臨界点 / 電子ネマティック相 / 反強磁性 / 量子揺らぎ / 高温超伝導 / 圧力効果 / 非フェルミ液体 / 異常金属

Outline of Final Research Achievements

To study the impact of quantum critical fluctuations near the second-order quantum phase transitions at zero temperature on the superconductivity as well as electronic properties, we study the sulfur-substitution and pressure effects of iron-based superconductivity in FeSe. When Se is partially substituted by S, the electronic nematic phase with broken rotational symmetry has been suppressed, and we have succeeded in realizing a nonmagentic nematic quantum critical point (QCP). Near this QCP, the superconducting transition temperature remains low, but a non-Fermi liquid behavior is observed. When physical pressure is applied, on the other hand, pressure-induced antiferromagnetism appears before reaching a nematic QCP. The magnetic phase shows a dome-shaped phase diagram, and at the high-pressure side of the dome, a high-temperature superconducting phase is realized.

Free Research Field

固体電子物性

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

本研究でFeSe超伝導体における化学置換により、非磁性の電子ネマティック量子臨界点が初めて実現し、様々な物質で見られている反強磁性量子臨界点との比較が可能となった。その結果、反強磁性量子臨界点近傍でしばしば観測されている温度に比例する電気抵抗の温度依存性が、ネマティック量子臨界点においても見られることが明らかとなった。また、超伝導転移温度はネマティック量子臨界点によるネマティック揺らぎにより上昇する振る舞いは見られず、むしろ圧力印加により出現した反強磁性の揺らぎがこの系の高温超伝導発現により重要な役割を果たしていると考えられる。