Study of novel superconducting state with broken time-reversal symmetry

时间反演对称性破缺的新型超导态研究

• 批准号: 22H00105
• 负责人: 芝内 孝禎
• 金额: $ 28.04万
• 依托单位: The University of Tokyo
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (A)
• 财政年份: 2022
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2022-04-01 至 2026-03-31
• 项目状态: 未结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-22H00105/
• 关键词: 非従来型超伝導; 超伝導ギャップ; ウルトラノーダル; ボゴリウボフフェルミ面; 時間反転対称性; ボゴリューボフフェルミ面; 時間反転対称性の破れ; 回転対称性; ネマティック超伝導; 鉄系超伝導; 円偏光マイクロ波

超伝導状態は、(1)フルギャップ超伝導、(2)ポイントノード超伝導、(3)ラインノード超伝導の、3つのクラスの超伝導ギャップを持つ状態に分類される。しかし近年、時間反転対称性を破る超伝導状態では、面状(2次元)でギャップがゼロとなる「ウルトラノーダル」超伝導が存在し得ることが理論的に示唆された。本研究では、申請者らによって最近見出された有力候補物質Fe(Se,S)およびその関連物質に焦点を当て、第4の超伝導状態ともいえる新奇ウルトラノーダル超伝導状態の解明を目的としている。2022年度では、この新奇超伝導状態の必須条件となる時間反転対称性の破れについて、以前から行っていたミューオンスピン緩和実験データを取りまとめ、詳細な解析を進めて論文の形にまとめ上げた。さらに、時間反転対称性の破れの検証の別の手法として、円偏光マイクロ波共振器の測定系の準備を進めている。現在までにネットワークアナライザを用いた測定システムを立ち上げ、銅キャビティによる磁性体を用いた試験的な測定を行い、動作確認を終えている。今後は、誘電体を導入した高Q値化を図り、超伝導体における時間反転対称性の破れの検出を目指す。また、東京大学物性研究所との共同研究により明らかとなった、角度分解光電子分光によるボゴリューボフフェルミ面の観測に成功し、その結果Fe(Se,S)の正方晶相の試料において、常伝導状態では４回回転対称性を持つが、超伝導状態で２回回転対称性を示すことが明らかとなった。この結果を受けて、ベクトルマグネットを用いた磁場中輸送現象の測定を面内回転磁場中で行い、実際に上部臨界磁場が２回回転対称性を示すことを明らかにした。この結果は光電子分光の結果をサポートし、２回対称のボゴリューボフフェルミ面を持つウルトラノーダル超伝導が起きていることを示唆する。

超导状态分为三类超导间隙：（1）全差距超导性，（2）点节点超导性和（3）线节点超导性。但是，近年来，从理论上讲，在打破时间内对称性的超导状态下，在平面（2D）中差距为零的超模拟超导性可能存在。这项研究的重点是申请人最近发现的潜在候选物质FE（SE，S）及其相关物质，旨在阐明新型的超模型超导状态，该状态可以被视为第四个超导状态。在2022年，我们汇编了有关时间反演对称性分解的MUON自旋松弛实验的数据，这是这种新型超导状态的先决条件，并进行了详细的分析，以论文的形式将其汇总。此外，作为验证破裂时间反演对称性的另一种方法，正在制备用于循环极化微波谐振器的测量系统。迄今为止，已经启动了使用网络分析仪的测量系统，并且已经执行了使用磁性材料的实验测量，并已确认操作。将来，我们的目标是通过引入介电和检测超导体中的时间避免对称性的突破来增加Q值。此外，与东京大学物理特性研究所进行了联合研究，能够使用角度分辨的光电学光谱法成功地观察Bogoryubov Fermi表面，结果，已经发现，在Fe（Se，S）的四方阶段，已经发现，在旋转对称性的状态四倍，但要在正常的情况下进行旋转且旋转的状态。基于这些结果，我们确定了使用平面内旋转磁场中的矢量磁体测量磁场传输现象，并且上临界磁场实际上表现出两次旋转对称性。该结果支持光电子光谱的结果，并表明发生了两个对称Bogoryubov Fermi表面的超模拟超导性。

项目成果

Radboud University(オランダ)

拉德堡德大学（荷兰）

Enhanced Superconducting Pairing Strength near a Pure Nematic Quantum Critical Point

• DOI: 10.1103/physrevx.13.011032
• 发表时间: 2022-02
• 期刊: Physical Review X
• 影响因子: 12.5
• 作者: K. Mukasa;K. Ishida;S. Imajo;M. Qiu;M. Saito;K. Matsuura;Y. Sugimura;S. Liu;Y. Uezono;T. Otsuka;M. Čulo;S. Kasahara;Y. Matsuda;N. Hussey;T. Watanabe;K. Kindo;T. Shibauchi

Nematicity and exotic superconducting states in iron chalcogenides

铁硫属化物中的向列性和奇异超导态

• 发表时间: 2022
• 作者: T. Shibauchi

University of Bristol(英国)

布里斯托大学（英国）

Ultranodal Pair State in FeSe1-xSx Superconductors

FeSe1-xSx 超导体中的超节对态

• 发表时间: 2021
• 作者: Miwa Shinji;Iihama Satoshi;Nomoto Takuya;Tomita Takahiro;Higo Tomoya;Ikhlas Muhammad;Sakamoto Shoya;Otani YoshiChika;Mizukami Shigemi;Arita Ryotaro;Nakatsuji Satoru;T. Shibauchi
• 通讯作者: T. Shibauchi