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論文

Maximizing $$T_c$$ by tuning nematicity and magnetism in FeSe$$_{1-x}$$S$$_x$$ superconductors

松浦 康平*; 水上 雄太*; 新井 佑基*; 杉村 優一*; 前島 尚行*; 町田 晃彦*; 綿貫 徹*; 福田 竜生; 矢島 健*; 広井 善二*; et al.

Nature Communications (Internet), 8, p.1143_1 - 1143_6, 2017/10

 被引用回数:16 パーセンタイル:13.58(Multidisciplinary Sciences)

A fundamental issue concerning iron-based superconductivity is the roles of electronic nematicity and magnetism in realising high transition temperature ($$T_c$$). To address this issue, FeSe is a key material, as it exhibits a unique pressure phase diagram involving nonmagnetic nematic and pressure-induced antiferromagnetic ordered phases. However, as these two phases in FeSe have considerable overlap, how each order affects superconductivity remains perplexing. Here we construct the three-dimensional electronic phase diagram, temperature ($$T$$) against pressure ($$P$$) and iso-valent S-substitution ($$x$$), for FeSe$$_{1-x}$$S$$_x$$. By simultaneously tuning chemical and physical pressures, against which the chalcogen height shows a contrasting variation, we achieve a complete separation of nematic and antiferromagnetic phases. In between, an extended nonmagnetic tetragonal phase emerges, where $$T_c$$ shows a striking enhancement. The completed phase diagram uncovers that high-$$T_c$$ superconductivity lies near both ends of the dome-shaped antiferromagnetic phase, whereas $$T_c$$ remainslow near the nematic critical point.

論文

Colossal thermomagnetic response in the exotic superconductor URu$$_2$$Si$$_2$$

山下 卓也*; 下山 祐介*; 芳賀 芳範; 松田 達磨*; 山本 悦嗣; 大貫 惇睦; 住吉 浩明*; 藤本 聡*; Levchenko, A.*; 芝内 孝禎*; et al.

Nature Physics, 11(1), p.17 - 20, 2015/01

 被引用回数:28 パーセンタイル:8.97(Physics, Multidisciplinary)

Observation of a colossal Nernst signal is reported. URu$$_2$$Si$$_2$$ is known as a heavy fermion superconductor. The superconductivity coexists with the so-called hidden-order phase. The Nernst coefficient is enhanced by as large as million times over the theoretically expected value within the standard framework of superconducting fluctuations. Moreover, contrary to the conventional wisdom, the enhancement is more significant with the reduction of the impurity scattering rate. This anomalous Nernst effect intimately reflects the highly unusual superconducting state in URu$$_2$$Si$$_2$$.

論文

Direct observation of lattice symmetry breaking at the hidden-order transition in URu$$_2$$Si$$_2$$

利根川 翔*; 笠原 成*; 福田 竜生; 杉本 邦久*; 安田 伸広*; 鶴原 悠悟*; 渡邊 大樹*; 水上 雄太*; 芳賀 芳範; 松田 達磨*; et al.

Nature Communications (Internet), 5, p.4188_1 - 4188_7, 2014/06

 被引用回数:40 パーセンタイル:7.69(Multidisciplinary Sciences)

We report on the observation of lattice symmetry breaking from the fourfold to twofold structure by high-resolution synchrotron X-ray diffraction measurements at zero field. Small orthorhombic symmetry-breaking distortion sets in at the transition temperature with a jump, uncovering the weakly first-order nature of the hidden-order transition. This distortion is observed only in ultra pure samples, implying a highly unusual coupling nature between the electronic pneumaticity and underlying lattice.

論文

Cyclotron resonance study of quasiparticle mass and scattering rate in the hidden-order and superconducting phases of URu$$_2$$Si$$_2$$

利根川 翔*; 橋本 顕一郎*; 井加田 洸輔*; 鶴原 悠悟*; Lin, Y.-H.*; 宍戸 寛明*; 芳賀 芳範; 松田 達磨; 山本 悦嗣; 大貫 惇睦; et al.

Physical Review B, 88(24), p.245131_1 - 245131_13, 2013/12

 被引用回数:10 パーセンタイル:47.06(Materials Science, Multidisciplinary)

Detailed analyses of the cyclotron resonance lines in a uranium compound URu$$_2$$Si$$_2$$ are reported. The analyses of the resonance profiles reveals that the heavier branch of the split line has a larger scattering rate, providing evidence for the existence of hot-spot along the [110] direction. The result is consistent with the broken fourfold symmetry in the hidden-order phase.

論文

鉄系超伝導体の電子ネマティック転移と斜方歪み

芝内 孝禎*; 笠原 成*; 松田 祐司*; 福田 竜生; 杉本 邦久*

日本結晶学会誌, 55(2), p.128 - 134, 2013/04

強相関電子系と呼ばれる物質群では、今までにない複雑な電子相が現れる。その最も驚くべき相の一つが、系の回転対称性を破る「電子ネマティック」相である。我々は新しい高温超伝導体系である鉄系超伝導体の常伝導相において見られる電子ネマティック相が、広いドープ領域に渡って存在していることを示した。磁気トルクによる高感度の面内異方性測定、放射光X線を用いた結晶構造の変化の観測、現象論的な理解を組み合わせたこの研究内容を紹介する。

論文

Emergent rank-5 nematic order in URu$$_2$$Si$$_2$$

池田 浩章*; 鈴木 通人; 有田 亮太郎*; 瀧本 哲也*; 芝内 孝禎*; 松田 祐司*

Nature Physics, 8(7), p.528 - 533, 2012/07

 被引用回数:99 パーセンタイル:2.96(Physics, Multidisciplinary)

ウラン化合物URu$$_2$$Si$$_2$$が低温において示す隠れた量子秩序相は、長年、多岐に渡る研究がなされてきたが、その秩序構造は未だ明らかにされておらず、固体物理学の一つのミステリーと目されてきた(それゆえ、隠れた秩序相を呼ばれている)。本論文の目的は、第一原理計算手法に基づいて、その隠れた秩序相における秩序構造を同定することにある。本論文では電子状態の詳細な解析結果の報告とともに、URu$$_2$$Si$$_2$$の多極子相関の計算結果から、$$E$$$$^{-}$$対称性を持つ多極子のネマティック秩序が有力な秩序状態であることを示した。この結果は、実際に、実験的に観測される異方的な磁気励起、反強磁性秩序状態との競合、4回対称性の破れなどを含む実験結果を包括的に説明することに成功しており、長年の謎を解明する有力な秩序候補と言える。

論文

Cyclotron resonance in the hidden-order phase of URu$$_2$$Si$$_2$$

利根川 翔*; 橋本 顕一郎*; 井加田 洸輔*; Lin, Y.-H.*; 宍戸 寛明*; 芳賀 芳範; 松田 達磨; 山本 悦嗣; 大貫 惇睦; 池田 浩章*; et al.

Physical Review Letters, 109(3), p.036401_1 - 036401_5, 2012/07

 被引用回数:43 パーセンタイル:10.03(Physics, Multidisciplinary)

First observation of cyclotron resonance in the hidden-order phase of ultra clean URu$$_2$$Si$$_2$$ is reported. An anomalous splitting of the sharpest resonance line under in-plane magnetic field rotation was found. This is most naturally explained by the domain formation, which breaks the fourfold rotational symmetry of the underlying tetragonal lattice. The result is consistent with the "nematic" Fermi liquid state, in which itinerant electrons have unidirectional correlations.

論文

Electronic nematicity above the structural and superconducting transition in BaFe$$_2$$(As$$_{1-x}$$P$$_x$$)$$_2$$

笠原 成*; Shi, H. J.*; 橋本 顕一郎*; 利根川 翔*; 水上 雄太*; 芝内 孝禎*; 杉本 邦久*; 福田 竜生; 寺嶋 孝仁*; Nevidomskyy, A. H.*; et al.

Nature, 486(7403), p.382 - 385, 2012/06

 被引用回数:285 パーセンタイル:0.47(Multidisciplinary Sciences)

The electron nematicity, which break rotational symmetry of the crystal lattice, has been recently observed in high-$$T_c$$ superconductors. In iron-pnictides, it has been associated with the tetragonal-to-orthorhombic structural transition at $$T_s$$, and the observations has been limited in the orthorhombic phase or in the tetragonal phase under uniaxial strain. In this investigation we provide magnetic torque measurements, a thermodynamic evidence which clearly shows the development of nematicity well above $$T_s$$ and the persistence in the nonmagnetic superconducting regime. Combined with synchrotron X-ray measurements, our results identify two distinct temperatures-one at $$T^ast$$, signifying a true nematic transition, and the other at $$T_s$$ ($$< T^ast$$), which we show to be not a true phase transition, but rather what we refer to as a "meta-nematic transition", in analogy to the well-known metamagnetic transition in the theory of magnetism.

論文

Anomalous low-field diamagnetic response in ultraclean URu$$_2$$Si$$_2$$ superconductor

岡崎 竜二*; 下澤 雅明*; 宍戸 寛明*; Konczykowski, M.*; 芳賀 芳範; 松田 達磨; 山本 悦嗣; 大貫 惇睦; 柳瀬 陽一*; 芝内 孝禎*; et al.

Journal of Physics; Conference Series, 273, p.012081_1 - 012081_4, 2011/02

 被引用回数:2 パーセンタイル:38.07

The low critical field $$H_{rm c1}$$ in ultraclean URu$$_2$$Si$$_2$$ single crystals with residual resistivity ration exceeding 700 is precisely determined. The whole $$H_{rm c1}$$ for $$H parallel a$$ can be explained by the two-gap with line and point nodes. In contrast, for $$H parallel c$$ a distinct kink in the slope of $$H_{rm c1}$$ was found at 1.2 K, which cannot be accounted for by the two-gap. This outstanding anomaly demonstrates a highly unusual superconducting state embedded in the hidden order state possibly related to the time reversal symmetry breaking.

論文

Rotational symmetry breaking in the hidden-order phase of URu$$_2$$Si$$_2$$

岡崎 竜二*; 芝内 孝禎*; Shi, H. J.*; 芳賀 芳範; 松田 達磨; 山本 悦嗣; 大貫 惇睦; 池田 浩章*; 松田 祐司*

Science, 331(6016), p.439 - 442, 2011/01

 被引用回数:156 パーセンタイル:1.68(Multidisciplinary Sciences)

The nature of the broken symmetry in the so-called "hidden order" phase transition in the heavyfermion compound URu$$_2$$Si$$_2$$ has posed a long-standing mystery. We report the emergence of an in-plane anisotropy of the magnetic susceptibility below the transition temperature, which breaks the four-fold rotational symmetry of the tetragonal URu$$_2$$Si$$_2$$. Our findings suggest that the hidden order phase is an electronic "nematic" phase, a translationally invariant metallic phase with spontaneous breaking of rotational symmetry.

論文

Lower critical fields and the anisotropy in PrFeAsO$$_{1-y}$$ single crystals

岡崎 竜二*; Konczykowski, M.*; Van der Beek, C. J.*; 加藤 智成*; 橋本 顕一郎*; 下澤 雅明*; 宍戸 寛明*; 山下 穣*; 石角 元志; 鬼頭 聖*; et al.

Physica C, 470(Suppl.1), p.S485 - S486, 2010/12

 パーセンタイル:100(Physics, Applied)

鉄系オキシニクタイドPrFeAsO$$_{1-y}$$単結晶における$$H$$ $$parallel$$ $$c$$$$H$$ $$parallel$$ $$ab$$-planesのより下部臨界磁場$$H_{c1}$$を報告する。磁束ピン止めによって$$H_{c1}$$決定の困難さを回避することで、センサーの位置ごとの局所の磁気誘導を評価できる小型のホールセンサーアレイを使った新方式を開発した。結晶の縁に置かれたホールセンサーは、マイスナーの状態から最初の磁束侵入を明瞭に解明した。$$H$$ $$parallel$$ $$c$$による$$H_{c1}$$の温度依存性は、面内侵入の深さによって計測され、完全ギャップの超伝導状態と一致する。低温での$$H_{c1}$$の異方性は$$sim$$3であると評価され、それは$$H_{c2}$$よりさらに小さいものである。これは、マルチバンド超伝導性を意味し、超伝導性のアクティヴバンドはより二次元的である。

論文

Disorder and flux pinning in superconducting pnictide single crystals

Van der Beek, C. J.*; Rizza, G.*; Konczykowski, M.*; Fertey, P.*; Monnet, I.*; 岡崎 竜二*; 加藤 智成*; 橋本 顕一郎*; 下澤 雅明*; 宍戸 寛明*; et al.

Physica C, 470(Suppl.1), p.S385 - S386, 2010/12

 被引用回数:1 パーセンタイル:91.63(Physics, Applied)

ニクタイド超伝導体PrFeAsO$$_{1-x}$$中の結晶の乱れが、磁束の新入の磁気光学可視化,透過型電子顕微鏡,放射光X線回折を用いて調べられた。磁束分布の臨界状態,臨界電流の大きさと温度依存性が、すべての温度で酸素欠陥によるバルクの磁束ピン止めを示す。

論文

Exotic superconducting state embedded in the hidden order state of URu$$_2$$Si$$_2$$

松田 祐司*; 岡崎 竜二*; 笠原 裕一*; 宍戸 寛明*; 芝内 孝禎*; 芳賀 芳範; 松田 達磨; 大貫 惇睦

Physica C, 470(20), p.1013 - 1017, 2010/11

 パーセンタイル:100(Physics, Applied)

We report charge and thermal transport measurements on ultra clean single crystals of the superconductor with the hidden-order state URu$$_2$$Si$$_2$$. The results provide strong evidence for a new type of unconventional superconductivity with two distinct gaps having different nodal topology. We propose a gap function with chiral $$d$$-wave form. We also demonstrate that a distinct flux line lattice melting transition with outstanding characters occurs well below the upper critical fields even at sub-Kelvin temperature.

論文

Anomalous temperature dependence of lower critical field in ultraclean URu$$_2$$Si$$_2$$

岡崎 竜二*; 下澤 雅明*; 宍戸 寛明*; Konczykowski, M.*; 芳賀 芳範; 松田 達磨; 山本 悦嗣; 大貫 惇睦; 柳瀬 陽一*; 芝内 孝禎*; et al.

Journal of the Physical Society of Japan, 79(8), p.084705_1 - 084705_7, 2010/08

 被引用回数:14 パーセンタイル:30.67(Physics, Multidisciplinary)

Lower critical field $$H_{rm c1}$$ of the heavy fermion superconductor URu$$_2$$Si$$_2$$ has been investigated on a ultra clean sample. The whole $$H_{rm c1}$$ ($$T$$) along the $$a$$ axis is well explained by the two superconducting gap structures with line and point nodes. On the other hand, $$H_{rm c1}$$ along the $$c$$ axis shows a distinct kink around 1 K, well below the superconducting transition temperature. The observed anomalous response is possibly related to a peculiar vortex dynamics associated with chiral domains.

論文

Flux pinning in PrFeAsO$$_{0.9}$$ and NdFeAsO$$_{0.9}$$F$$_{0.1}$$ superconducting crystals

Van der Beek, C. J.*; Rizza, G.*; Konczykowski, M.*; Fertey, P.*; Monnet, I.*; Klein, T.*; 岡崎 竜二*; 石角 元志; 鬼頭 聖*; 伊豫 彰*; et al.

Physical Review B, 81(17), p.174517_1 - 174517_11, 2010/05

 被引用回数:77 パーセンタイル:5.31(Materials Science, Multidisciplinary)

PrFeAsO$$_{1-y}$$とNdFeAs(O,F)超伝導単結晶での不均一性とフラックスピニングを定量的に評価するために、局所磁場測定が行われた。巨視的なスケールでの臨界電流密度の空間的な揺らぎにも関わらず、主要な寄与は、平均自由行程揺らぎ機構によるミクロな欠陥による磁束線の集団ピン止めから来ていることが示された。実験から導き出された欠陥密度はドーパントの原子密度と一致している。このことはドーパント原子が磁束のピン止めと準粒子散乱の両方に重要な役割を担っていることを示している。

論文

Lower critical fields of superconducting PrFeAsO$$_{1-y}$$ single crystals

岡崎 竜二*; Konczykowski, M.*; Van der Beek, C. J.*; 加藤 智成*; 橋本 顕一郎*; 下澤 元幸*; 宍戸 寛明*; 山下 穣*; 石角 元志; 鬼頭 聖*; et al.

Physical Review B, 79(6), p.064520_1 - 064520_6, 2009/02

 被引用回数:52 パーセンタイル:10.12(Materials Science, Multidisciplinary)

鉄砒素系超伝導体PrFeAsO$$_{1-y}$$超伝導単結晶の下部臨界磁場とその異方性の評価を行った。

論文

Flux line lattice melting and the formation of a coherent quasiparticle bloch state in the ultraclean URu$$_2$$Si$$_2$$ superconductor

岡崎 竜二*; 笠原 裕一*; 宍戸 寛明*; Konczykowski, M.*; Behnia, K.*; 芳賀 芳範; 松田 達磨; 大貫 惇睦; 芝内 孝禎*; 松田 祐司*

Physical Review Letters, 100(3), p.037004_1 - 037004_4, 2008/01

 被引用回数:26 パーセンタイル:21.48(Physics, Multidisciplinary)

We find that in ultraclean heavy-fermion superconductor URu$$_2$$Si$$_2$$ ($$T_c0 = 1.45$$ K) a distinck flux line lattice melting transition with outstanding characters occurs well below the mean-field upper critical fields. We show that a very small number of carriers with heavy mass in this system results in exceptionally large thermal fluctuations even at subkelvin temperatures, which are witnessed by a sizable region of the flux line liquid phase. The uniqueness is further highlighted by an enhancement of the quasiparticle mean free path below the melting transition, implying a possible formation of a quasiparticle Bloch state in the periodic flux line lattice.

論文

Exotic superconducting properties in the electron-hole-compensated heavy-fermion "semimetal" URu$$_2$$Si$$_2$$

笠原 裕一*; 岩澤 卓矢*; 宍戸 寛明*; 芝内 孝禎*; Behnia, K.*; 芳賀 芳範; 松田 達磨; 大貫 惇睦; Sigrist, M.*; 松田 祐司*

Physical Review Letters, 99(116), p.116402_1 - 116402_4, 2007/09

 被引用回数:143 パーセンタイル:2.98(Physics, Multidisciplinary)

We show that the charge and thermal transport measurements on ultraclean crystals of URu$$_2$$Si$$_2$$ reveal a number of unprecedented superconducting properties. The uniqueness is best highlighted by the peculiar field dependence of thermal conductivity including the first order transition at $$H_{rm c2}$$ with a reduction of entropy flow. This is a consequence of multi-band superconductivity with compensated electronic structure in the hidden order state of this system. We provide strong evidence for a new type of unconventional superconductivity with two distinct gaps having different nodal topology.

口頭

LaFeAsO$$_{1-y}$$の最適ドープ試料における磁場侵入長測定から見た超伝導ギャップ構造

水上 雄太*; 川本 雄太*; Goh, S. K.*; 石角 元志*; 石田 茂之*; 鬼頭 聖*; 伊豫 彰*; 永崎 洋*; 社本 真一; 芝内 孝禎*; et al.

no journal, , 

今回われわれは母物質LaFeAsOにおいて酸素欠損させることにより得られる超伝導体LaFeAsO$$_{1-y}$$の最適ドープ試料(T$$_{rm c}$$$$sim$$25K)を用いて、準粒子の低エネルギー励起を直接観測可能な磁場侵入長測定を500mK(T/(T$$_{rm c}$$$$sim$$0.02)まで行った。講演では磁場侵入長の温度依存性の詳細を報告し、超伝導ギャップ構造について議論したい。

口頭

鉄系超伝導体FeSe$$_{0.5}$$Te$$_{0.5}$$とFeSeの中性子非弾性散乱; 磁気散乱スペクトルのネマティック効果

社本 真一; 樹神 克明; 梶本 亮一; 中村 充孝; 石角 元志*; 綿重 達哉*; 笠原 成*; 松田 祐司*; 芝内 孝禎*; 新井 正敏*

no journal, , 

FeSeと異なり、FeSe$$_{0.5}$$Te$$_{0.5}$$では明確には構造相転移が見つかっていないものの、磁気散乱スペクトルの非整合周期の温度変化が報告されている。FeSe$$_{0.5}$$Te$$_{0.5}$$およびFeSe単結晶の中性子非弾性散乱スペクトルの温度変化を詳細に調べたところ、70Kほどで大きく変化することがわかった。

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