Discovery Sagaサイレントキーワード俯瞰

重い電子 / 非従来型超伝導 / 量子臨界点 / 界面 / スピン密度波 / 量子スピン液体 / 鉄系超伝導 / ボース・アインシュタイン凝縮 / 鉄系高温超伝導 / 銅酸化物高温超伝導 / 重い電子系 / 超伝導対称性 / トンネル顕微鏡 / 人工超格子 / 超伝導 / 分子線エピタキシー / 量子臨界 / ２次元 / BCS-BECクロスオーバー / 量子スピン系 / 空間反転対称性の破れ / 空間反転対称性 / 新奇超伝導状態 / 走査型トンネル顕微鏡 / 界面制御

重い電子系化合物の人工制御、特に重い電子系化合物CeCoIn5、CeRhIn5を含む様々な人工超格子を作製し、量子臨界点の研究や新奇な超伝導状態の研究を行った。特にd波超伝導体CeCoIn5を含むトリコロール超格子により、空間反転対称性の破れを人工的に制御することに成功し。さらにCeCoIn5とスピン密度波化合物CeRhIn5を原子層単位で、積層成長させた人工超格子を作製し、圧力をかけることにより、界面を通して磁気揺らぎを超伝導状態に注入することに成功した。また超高真空中でエピタキシャル成長し清浄表面を持つ、CeCoIn5とCeRhIn5薄膜のトンネル顕微鏡による分光にも成功した。

超伝導 / 対称性 / 重い電子系化合物 / 隠れた秩序 / 渦糸格子 / 準粒子 / 量子臨界点 / 強相関電子系 / パイロクロア / フェルミ流体 / マイクロ波 / 人工超格子 / 超伝導対称性 / 重い電子系 / 熱伝導 / 異方的超伝導 / ホール係数 / FFLO / 磁気抵抗

本年度はまず熱伝導による超伝導対称性の実験を行った。特に重い電子系化合物URu2Si2の超伝導対称性を希釈冷凍機温度までの低温で磁場中熱伝導度の測定により決定した。この系はいわゆる隠れた秩序相で超伝導が起こるが超伝導相はあまり研究されていなかった。我々はこの超伝導相が極めて特異なものでありカイラルd波の対称性を持つことを示した。さらに微小ホールプローブを用いた局所磁場測定や電気抵抗の精密測定により、この物質においては渦糸格子が融解することを示した。1K以下で渦糸格子が融解する現象はこれが初めてである。さらに渦糸格子状態で準粒子がブロッホ状態を形成することも発見した。また重い電子系超伝導体の人工超格子の作製を分子ビームエピタキシーにより行い、これまでにCeIn3とLaIn3を薄膜にエピタキシャル成長させることに成功している。またCeCoIn5の超伝導薄膜の作製にも成功しておりCe系のエピタキシャル薄膜は世界で初めての例である。さらに高温超伝導体T1:2201に対し超強磁場中での輸送現象の測定を行った。その結果上部臨界磁場を境に非フェルミ流体的挙動からフェルミ流体的挙動に移り変わる磁場に誘起された量子臨界点が存在することを発見した。重い電子系超伝導体においても類似した振る舞いが観測されており強相関電子系における普遍的な現象である可能性がある。

コバルト系 / 超伝導対称性 / 三角格子 / 変分モンテカルロ法 / フラストレーション / モット転移 / 非単調d波ギャップ / タブロン-ホロン束縛 / ダブロン-ホロン束縛 / コバルト水和物 / 有機κ-ET塩 / ペアリング対称性 / 超伝導 / t-Jモデル / 相分離 / 長岡強磁性

水和コバルト化合物超伝導体のモデルと考えられる単バンドの三角格子、及び関連が深い異方的三角格子の格子構造に対し、最適化変分モンテカルロ法をハバード型モデル及びその強相関モデルであるt-J型モデルに適用し、基底状態及び低温での性質を調べた。
主な結果としては、前年度の計算に引き続き、三角格子の単バンドモデルの結果を基に、コバルト系酸化物ではd軌道の縮退が重要であるという観点で、2バンドハバードモデルにおける基底状態の性質、特に超伝導の安定化条件や電子対の対称性を調べた。コバルト酸化物のフェルミ面近傍のバンドの概形を再現できるような、簡単な1電子構造を仮定し、電子間相互作用と電子密度を変化させて、様々なクーパー対対称性の超伝導状態について計算を行った。ハーフフィリング近傍の、ポケット状非連結のフェルミ面がvan Hove特異点に重なる電子密度のときに、電子間相互作用の大きな領域で、s,d,p(の合成)波の対称性を持つ超伝導状態が安定化し、このうち最低エネルギーの状態はd+id波であった。この超伝導状態の安定化は、銅酸化物の場合と同じく反強磁性的磁気相関の増大に起因する相互作用エネルギーの利得によってもたらされることが明らかになった。
単バンドモデルの拡張計算として、異方的三角格子および両対角に次近接ホッピングが入ったフラストレートした正方格子に対し、ハバードモデルの範囲内でモット転移及び超伝導発現の研究も並行して行った。特にドープした場合の挙動を後者で調べたが、フラストレーション項の符号が重要で、もっともらしい相関強度の場合、正ならば(電子ドープに対応)安定した反強磁性が現れるが、負の場合(ホールドープに対応)は反強磁性状態が自己不安定になり、ハーフフィリングの反強磁性領域と高ドープ率のd波超伝導状態に相分離することが解った。

【研究分担者】
芝内孝禎	東京大学	大学院新領域創成科学研究科	教授	(Kakenデータベース)
笠原成	京都大学	理学研究科	助教	(Kakenデータベース)
花栗哲郎	国立研究開発法人理化学研究所	その他	研究員	(Kakenデータベース)
寺嶋孝仁	京都大学	理学研究科	教授	(Kakenデータベース)

【研究分担者】
芝内孝禎	京都大学	大学院・理学研究科	准教授	(Kakenデータベース)
寺嶋孝仁	京都大学	低温物質科学研究センター	教授	(Kakenデータベース)

【研究分担者】
小形正男	東京大学	大学院理学系研究科	助教授	(Kakenデータベース)