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 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 24684026
• Research Institution: Kyoto University
• Principal Investigator: 笠原 成 京都大学, 理学(系)研究科(研究院), 助教 (10425556)
• Project Period (FY): 2012-04-01 – 2015-03-31
• Keywords: 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

Outline of Annual Research Achievements

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。

Research Progress Status

26年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

26年度が最終年度であるため、記入しない。

Causes of Carryover

26年度が最終年度であるため、記入しない。

Expenditure Plan for Carryover Budget

26年度が最終年度であるため、記入しない。

Research Products

• [Journal Article] Field-Induced Superconducting Phase of FeSe in the BCS-BEC Crossover (2014)
  • Author(s): 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
  • Journal Title: Proc. Natl. Acad. Sci. USA Volume: 111 Pages: 16309-16313
  • DOI: 10.1073/pnas.1413477111
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Anomalous Fermi Surface in FeSe Seen by Shubnikov-de Haas Oscillation Measurements (2014)
  • Author(s): 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
  • Journal Title: Phys. Rev. B Volume: 90 Pages: 144517
  • DOI: http://dx.doi.org/10.1103/PhysRevB.90.144517
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Direct observation of lattice symmetry breaking at the hidden-order transition in URu2Si2 (2014)
  • Author(s): 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
  • Journal Title: Nature Communications Volume: 5 Pages: 4188
  • DOI: 10.1038/ncomms5188
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Infrared Pseudogap in Cuprate and Pnictide High-Temperature Superconductors (2014)
  • Author(s): 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
  • Journal Title: Phys. Rev. B Volume: 90 Pages: 014503
  • DOI: 10.1103/PhysRevB.90.014503
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Disorder-Induced Topological Change of the Superconducting Gap Structure in Iron Pnictides (2014)
  • Author(s): 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
  • Journal Title: Nature Communications Volume: 5 Pages: 5657
  • DOI: 10.1038/ncomms6657
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Anisotropy of the Superconducting Gap in the Iron-Based Superconductor BaFe2(As1-xPx)2 (2014)
  • Author(s): 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.,
  • Journal Title: Scientific Reports Volume: 4 Pages: 7292
  • DOI: 10.1038/srep07292
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Anomalous Critical Fields in Quantum Critical Superconductors (2014)
  • Author(s): 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
  • Journal Title: Nature Communications Volume: 5 Pages: 5679
  • DOI: 10.1038/ncomms6679
  • Peer Reviewed / Open Access / Acknowledgement Compliant
• [Presentation] Fine tuning of the quantum criticality in the heavy fermion superlattices CeRhIn 5/YbRhIn 5 (2015)
  • Author(s): Ryota Endo, Rintaro Toda, Yousuke Hanaoka, Masaaki Shimozawa, Takuya Yamashita, Yusuke Shimoyama, Shigeru Kasahara, Yoshi Tokiwa, Yuichi Kasahara, Takasada Shibauchi, Takahito Terashima, Yuji Matsuda
  • Organizer: APS March Meeting 2015
  • Place of Presentation: San Antonio, TX, USA
  • Year and Date: 2015-03-21 – 2015-03-24
• [Presentation] 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)
  • Author(s): 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
  • Organizer: 日本物理学会 第70回年次大会
  • Place of Presentation: 早稲田大学 (東京都)
  • Year and Date: 2015-03-21 – 2015-03-24
• [Presentation] 鉄系超伝導体FeSeにおけるネマティック感受率測定 (2015)
  • Author(s): 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
  • Organizer: 日本物理学会 第70回年次大会
  • Place of Presentation: 早稲田大学 (東京都)
  • Year and Date: 2015-03-21 – 2015-03-24
• [Presentation] FeSe純良単結晶における磁気トルク測定 (2015)
  • Author(s): 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
  • Organizer: 日本物理学会 第70回年次大会
  • Place of Presentation: 早稲田大学 (東京都)
  • Year and Date: 2015-03-21 – 2015-03-24
• [Presentation] AFe2As2(A=K, Rb ,Cs)のネルンスト係数、ゼーベック係数の測定 (2015)
  • Author(s): 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
  • Organizer: 日本物理学会 第70回年次大会
  • Place of Presentation: 早稲田大学 (東京都)
  • Year and Date: 2015-03-21 – 2015-03-24
• [Presentation] 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)
  • Author(s): 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
  • Organizer: 日本物理学会 第70回年次大会
  • Place of Presentation: 早稲田大学 (東京都)
  • Year and Date: 2015-03-21 – 2015-03-24
• [Presentation] 重い電子系化合物CeCoIn5エピタキシャル薄膜のSTM/STS測定 (2015)
  • Author(s): 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
  • Organizer: 日本物理学会 第70回年次大会
  • Place of Presentation: 早稲田大学 (東京都)
  • Year and Date: 2015-03-21 – 2015-03-24
• [Presentation] 角度分解光電子分光で見たFeSeの常伝導電子状態(2) (2015)
  • Author(s): 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
  • Organizer: 日本物理学会 第70回年次大会
  • Place of Presentation: 早稲田大学 (東京都)
  • Year and Date: 2015-03-21 – 2015-03-24
• [Presentation] FeSeの超伝導ギャップのFriedel振動 (2015)
  • Author(s): 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
  • Organizer: 日本物理学会 第70回年次大会
  • Place of Presentation: 早稲田大学 (東京都)
  • Year and Date: 2015-03-21 – 2015-03-24
• [Presentation] Preformed pairing in superconducting FeSe in the BCS-BEC cross-over regime (2015)
  • Author(s): 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
  • Organizer: APS March Meeting 2015
  • Place of Presentation: San Antonio, TX, USA
  • Year and Date: 2015-03-02 – 2015-03-06
• [Presentation] Friedel oscillations of the superconducting gap in FeSe (2015)
  • Author(s): 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
  • Organizer: APS March Meeting 2015
  • Place of Presentation: San Antonio, TX, USA
  • Year and Date: 2015-03-02 – 2015-03-06
• [Presentation] Local characterization of superconductivity in BaFe 2(As1−xPx)2 (2015)
  • Author(s): Ophir Auslaender, Yuval Lamhot, Alon Yagil, Nadav Shapira, Shigeru Kasahara, Tatsuya Watashige, Takasada Shibauchi, Yuji Matsuda
  • Organizer: APS March Meeting 2015
  • Place of Presentation: San Antonio, TX, USA
  • Year and Date: 2015-03-02 – 2015-03-06
• [Presentation] Spin fluctuations-corrected DFT for Fe-based superconductors (2015)
  • Author(s): 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
  • Organizer: APS March Meeting 2015
  • Place of Presentation: San Antonio, TX, USA
  • Year and Date: 2015-03-02 – 2015-03-06
• [Presentation] FeSe におけるBCS-BECクロスオーバー領域の超伝導 (2014)
  • Author(s): 笠原成
  • Organizer: 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」
  • Place of Presentation: 京都大学 基礎物理学研究所 (京都府)
  • Year and Date: 2014-10-21 – 2014-10-22
  • Invited
• [Presentation] FeSe純良単結晶におけるパルス強磁場測定 (2014)
  • Author(s): 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
  • Organizer: 日本物理学会 2014年秋季大会
  • Place of Presentation: 中部大学 (愛知県)
  • Year and Date: 2014-09-07 – 2014-09-10
• [Presentation] STM/STSで見たFeSeの渦糸芯における量子効果 (2014)
  • Author(s): 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
  • Organizer: 日本物理学会 2014年秋季大会
  • Place of Presentation: 中部大学 (愛知県)
  • Year and Date: 2014-09-07 – 2014-09-10
• [Presentation] FeSeのネルンスト効果の観測 (2014)
  • Author(s): 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
  • Organizer: 日本物理学会 2014年秋季大会
  • Place of Presentation: 中部大学 (愛知県)
  • Year and Date: 2014-09-07 – 2014-09-10
• [Presentation] 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)
  • Author(s): 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
  • Organizer: 日本物理学会 2014年秋季大会
  • Place of Presentation: 中部大学 (愛知県)
  • Year and Date: 2014-09-07 – 2014-09-10
• [Presentation] FeSeのSdH振動 (2014)
  • Author(s): 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
  • Organizer: 日本物理学会 2014年秋季大会
  • Place of Presentation: 中部大学 (愛知県)
  • Year and Date: 2014-09-07 – 2014-09-10
• [Presentation] 重い電子系CeRhIn5/YbRhIn5人工超格子を用いた量子臨界性制御 (2014)
  • Author(s): 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
  • Organizer: 日本物理学会 2014年秋季大会
  • Place of Presentation: 中部大学 (愛知県)
  • Year and Date: 2014-09-07 – 2014-09-10
• [Presentation] Superconductivity in FeSe with Extremely Small Fermi Energy (2014)
  • Author(s): Shigeru Kasahara
  • Organizer: Energy Materials Nanotechnology (EMN) Workshop on Iron and Iridium based Superconductivity
  • Place of Presentation: Cancun , Mexico
  • Year and Date: 2014-06-09 – 2014-06-12
  • Invited
• [Remarks] 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