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論文

Nature of structural instabilities in superconducting Sr$$_3$$Ir$$_4$$Sn$$_{13}$$

金子 耕士; Cheung, Y. W.*; Hu, Y.*; 今井 正樹*; 谷奥 泰明*; 金川 響*; 村川 譲一*; 森山 広大*; Zhang, W.*; Lai, K. T.*; et al.

JPS Conference Proceedings (Internet), 30, p.011032_1 - 011032_6, 2020/03

https://doi.org/10.7566/JPSCP.30.011032

A quantum critical point appears as a second-order phase transition which takes place at zero temperature. In contrast to heavy-fermion systems in which magnetism often plays a vital role, recent studies revealed that structural instabilities can drive a system to a quantum critical point as well. In quasi-skutterudite (Ca,Sr)$$_3T_4$$Sn$$_{13}$$ ($$T$$=Rh, Ir), Sr$$_3$$Ir$$_4$$Sn$$_{13}$$ exhibits superconductivity around $$T_{rm sc}$$$${sim}$$5 K and a structural transition at $$T^*{simeq}$$147 K. Applying physical or chemical pressure on Sr$$_3$$Ir$$_4$$Sn$$_{13}$$ suppresses $$T^*$$ rapidly, and a quasi-linear $$T$$ dependence of electrical resistivity, signature of non-Fermi liquid behavior, was observed where $$T^*$$ extrapolates to 0 K. The isomorphs (Ca$$_x$$Sr$$_{1-x}$$)$$_3$$Rh$$_4$$Sn$$_{13}$$ exhibits similar behavior, where the criticality can be reached by $$x{sim}$$0.9 without external pressure. Neutron scattering experiments in Sr$$_3$$Ir$$_4$$Sn$$_{13}$$ evidences the second order nature of the structural transition at $$T^*$$ by the observation of a continuous evolution of superlattice peak below $$T^*$$ and a gradual increase of critical scattering upon approaching to $$T^*$$ by cooling. Increase of $$x$$ in (Ca$$_x$$Sr$$_{1-x}$$)$$_3$$Rh$$_4$$Sn$$_{13}$$ toward the quantum critical point leads to the systematic variation of the critical exponents of the order parameter. In addition, this substitution induces the phonon softening around the M point towards zero energy revealed by inelastic X-ray scattering experiment. We will present systematic variations in both elastic and inelastic channels upon approaching to the quantum critical point.

論文

Evidence of a structural quantum critical point in (Ca$$_x$$Sr$$_{1-x}$$)$$_3$$Rh$$_4$$Sn$$_{13}$$ from a lattice dynamics study

Cheung, Y. W.*; Hu, Y. J.*; 今井 正樹*; 谷奥 泰明*; 金川 響*; 村川 譲一*; 森山 広大*; Zhang, W.*; Lai, K. T.*; 吉村 一良*; et al.

Physical Review B, 98(16), p.161103_1 - 161103_5, 2018/10

https://doi.org/10.1103/PhysRevB.98.161103
 被引用回数：19 パーセンタイル：67.24(Materials Science, Multidisciplinary)

Approaching a quantum critical point has been an effective route to stabilize superconductivity. While the role of magnetic QCPs has been extensively discussed, similar exploration of a structural QCP is scarce. Using inelastic X-ray scattering, we examine the phonon spectrum of the nonmagnetic quasi-skutterudite (Ca$$_x$$Sr$$_{1-x}$$)$$_3$$Rh$$_4$$Sn$$_{13}$$, which represents a precious system to explore the interplay between structural instabilities and superconductivity by tuning the Ca concentration x. We unambiguously detect the softening of phonon modes around the M point on cooling towards the structural transition. Intriguingly, at x = 0:85, the soft mode energy squared at the M point extrapolates to zero at -5.7 K, providing the first compelling microscopic evidence of a structural QCP in (Ca$$_x$$Sr$$_{1-x}$$)$$_3$$Rh$$_4$$Sn$$_{13}$$. The enhanced phonon density-of-states at low energy provides the essential ingredient for realizing strong-coupling superconductivity near the structural QCP.

論文

Occupation sites and valence states of Co dopants in (La, Co)-codoped M-type Sr ferrite; $$^{57}$$Fe and $$^{59}$$Co nuclear magnetic resonance studies

酒井 宏典; 服部 泰佑; 徳永 陽; 神戸 振作; 植田 浩明*; 谷奥 泰明*; 道岡 千城*; 吉村 一良*; 高尾 健太*; 下田 愛子*; et al.

Physical Review B, 98(6), p.064403_1 - 064403_10, 2018/08

https://doi.org/10.1103/PhysRevB.98.064403
 被引用回数：10 パーセンタイル：45.99(Materials Science, Multidisciplinary)

La, Coを共置換した六方晶SrフェライトにおけるCo置換子の占有サイトと価数、スピン状態を$$^{57}$$Feと$$^{59}$$Co核磁気共鳴(NMR)法によって調べた。単結晶、多結晶試料のゼロ磁場、外部磁場NMRを測定した。フェリ磁性体M型Srフェライトには、上向きスピンをもつ$$12k$$, $$2a$$, $$2b$$,の3つのFeサイトと 下向きスピンの$$4f_1$$, $$4f_2$$の2つのFeサイトがある。NMRスペクトルの比較の結果、La$$^{3+}$$とCo$$^{2+}$$の電荷補償が効いて、大部分のCo$$^{2+}$$が$$4f_1$$サイトに入っていて、未消失の小さな軌道磁気モーメントを有している一方、残りの少量Co$${2+}$$イオンは、大きな起動磁気モーメントを有し、$$12k$$, $$2a$$, $$4f_2$$の八面体サイトに分布していると考えられる。

論文

Second-order structural transition in (Ca$$_{0.5}$$Sr$$_{0.5}$$)$$_3$$Rh$$_4$$Sn$$_{13}$$

Cheung, Y. W.*; Hu, Y. J.*; Goh, S. K.*; 金子 耕士; 筒井 智嗣; Logg, P. W.*; Grosche, F. M.*; 金川 響*; 谷奥 泰明*; 今井 正樹*; et al.

Journal of Physics; Conference Series, 807(3), p.032002_1 - 032002_4, 2017/04

BB2016-0329.pdf:0.86MB

https://doi.org/10.1088/1742-6596/807/3/032002
 被引用回数：5 パーセンタイル：83.59(Physics, Condensed Matter)

(Ca$$_{0.5}$$Sr$$_{0.5}$$)$$_3$$Rh$$_4$$Sn$$_{13}$$ is a member of the substitution series (Ca$$_{x}$$Sr$$_{1-x}$$)$$_3$$Rh$$_4$$Sn$$_{13}$$ which has recently been argued to feature a structural quantum critical point at $$x_c$$ = 0.9. In the stoichiometric compound Sr$$_{3}$$Rh$$_{4}$$Sn$$_{13}$$, the structural transition at $$T^*$$ $$approx$$ 138 K has been shown to be a second-order phase transition. Moving towards xc, we examine the character of the structural transition in (Ca$$_{0.5}$$Sr$$_{0.5}$$)$$_3$$Rh$$_4$$Sn$$_{13}$$ (i.e. $$x$$ = 0.5, $$T^*$$ $$approx$$ 55 K) using electrical resistivity, heat capacity and X-ray scattering. The absence of the thermal hysteresis in specific heat around $$T^*$$, and the continuous evolution of the superlattice reflection detected by X-ray diffraction are consistent with the scenario that the structural transition associated with a modulation vector $$q$$ = (0.5, 0.5, 0) in (Ca$$_{0.5}$$Sr$$_{0.5}$$)$$_3$$Rh$$_4$$Sn$$_{13}$$ remains second-order on approaching the quantum critical point.

口頭

Complementary use of neutron and X-ray scattering to explore structural quantum criticality in superconducting stannides

金子 耕士; 松田 雅昌*; 筒井 智嗣; Cheung, Y. W.*; Hu, Y. J.*; Goh, S. K.*; 松元 卓也*; 今井 正樹; 谷奥 泰明*; 金川 響*; et al.

no journal, , 

スクッテルダイトに類似した篭状構造をもつSr$$_3$$Ir$$_4$$Sn$$_{13}$$は、常圧で$$T_{rm c}$$=5Kの超伝導に加え、$$T^*{sim}$$150K近傍にも転移を示す。高温の転移点である$$T^*$$は、物理・化学的圧力の印加により急激に減少し、転移が消失する近傍で、線形的な電気抵抗等、量子臨界点を示唆する振る舞いが現れる。$$T^*$$の転移は非磁性の構造相転移だと考えられていることから、この物質では、従来の磁気的とは異なる、非磁性起源の量子臨界点の出現が期待されている。今回、この現象の鍵となる$$T^*$$での転移について、X線及び中性子散乱を用いてその詳細を調べた。その結果、$$T^*$$以下で格子系起源の超格子反射が出現することを観測し、その温度変化では、反射強度が$$T^*$$以下から連続的に成長していること、ヒステリシスを示さないことを明らかにした。さらに高温から$$T^*$$に向けて、臨界散乱的な強度の増加も見られることから、$$T^*$$の構造相転移は2次であると結論づけられる。この結果は、加圧によって現れる量子臨界点への連続性と矛盾しない。本発表では、上記回折実験に加え、$$T^*$$転移近傍におけるダイナミクスの結果についても合わせて報告する。

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