相関電子系超伝導の多様性（Ｉ）

Diversity of Correlated Superconductivity (I)

・有機伝導系 (Organic Systems)

・重い電子系 (Heavy-electrons systems)

Frontier of Superconducting PhenomenaOrganic conductorsHeavy-electrons

systemsHigh-Tc copper oxides

Nearly localized f-electrons

Half-field pπbands Half-filled 3d bands

AFMSC

AFMISC

AFMI AFMI

SC SC

CuO2面

Strongly Correlated Electrons Systems

分子軌道法のまとめ

Pressure-temperature Phase diagram for Quasi-1D Organic conductor

圧力

温度

電荷秩序

Recent topics of Organic superconductors, Recent Developments in Superconductivity,

J. Phys. Soc. Jpn. 81 (2012) 011004.

擬１元有機伝導体における圧力誘起超伝導の発見Discovery Pressure-induced SC in Quasi One-dimensional Organic Matter

AFM spin fluctuations

有機化合物超伝導体 超伝導ー磁性相図

超伝導

反強磁性絶縁体

Quasi-2D Organic Conductor

Correlated Electronic State in Dimer Organic Systems

BEDT-TTF (ET) is an electron donor and gives salts (ET)2X with monovalent anion X-1.

Pd(dmit)2 is an electron acceptor and gives salts A[Pd(dmit)2]2 with monovalent cation, A+1.

Evidence of line-node SC gap from the T1 measurement (Kanoda Group))

T3

Quasi-2D Organic Conductor

Pressure tuning

SCAFM

Paramagnetic insulator

Paramagnetic metal

AFM/SC phase separation

(a) Resonating valence bond in QSL. (b) Spinon. (c) Long-range valence bonds.

擬２次元有機伝導体 -(ET)2X; spin-1/2 on triangular lattice

dimer model

ET layer

X layer

Kino & Fukuyama

t’t tt’

t tt’

t tt’

t t t’/t = 0.5 ~ 1.1

Triangular latticeHalf-filled band

0.75Mott insulatorCu[N(CN) 2]Cl

1.06Mott insulatorCu2(CN)3

t’/tGround StateX-

0.75Mott insulatorCu[N(CN) 2]Cl

1.06Mott insulatorCu2(CN)3

t’/tGround StateX-

層状物質 面内構造

30 mKまで磁気秩序は観測されない；スピン液体の発見

Triangular latticeHeisenberg model J = 250 K

(pade[7,7])

-Cu2(CN)3

-Cu[N(CN)2]Cl

Elstner et al.PRL 71(1993)1629.

PRL 91 (2003) 107001PRL 75 (1995) 1174

Canted AF transition

0.0000

0.0001

0.0002

0.0003

0.0004

0.0005

0.0006

0.0007

0 50 100 150 200 250 300

T (K)

t’/t = 0.75

t’/t = 1.06

Triangular latticeHeisenberg model J = 250 K

(pade[7,7])

-Cu2(CN)3

-Cu[N(CN)2]Cl

Elstner et al.PRL 71(1993)1629.

PRL 91 (2003) 107001PRL 75 (1995) 1174

Canted AF transition

0.0000

0.0001

0.0002

0.0003

0.0004

0.0005

0.0006

0.0007

0 50 100 150 200 250 300

T (K)

t’/t = 0.75

t’/t = 1.06

1H NMR スペクトル

94.32 94.4 94.5 94.6 94.7Frequency (MHz)

901 mK

1.4 K

2.8 K

9.7 K

32 mK

56 mK

164 mK

36.1 K

508 mK

156.6 156.7 156.8 156.9 157.0Frequency (MHz)

4.9 K

10.3 K

14.1 K

18.1 K

25.1 K

22.1 K

27.2 K

30.2 K

164 K

-(ET)2Cu2(CN)3t’/t =1.06

-(ET)2Cu[N(CN)2]Cl

t’/t =0.75

AF order 0.45B

磁化率

スピン液体 反強磁性体

金属/ 超伝導

加圧PRL 93 (2004) 127001 PRB 69 (2004) 064511Nature 436 (2005) 534

Theorist’s dream came true !!

Pd(dmit)2 is an electron acceptor and gives saltsA[Pd(dmit)2]2 with

monovalent cation, A+1.

反強磁性

スピン液体

電荷秩序有機三角格子系の相図の系統性

a,c方向の2次元の電気伝導性

Feのd電子とBETSのπ電子(伝導電子)の負の交換相互作用が期待される

b

ca

FeCl4layer

BETSlayer

有機化合物: λ-(BETS)2FeCl4

BETS: 伝導層

FeCl4: 絶縁層(磁性層)

BETS上の内部磁場が外部磁場を打ち消す !?

Discovery of Magnetic Field Induced SC b

Hc

aI

2.5

2.0

1.5

1.0

0.5

T (K

)

1614121086420H (T)

-(BETS)2FeBr4 #k008H // c (exactrly), I // b

Tc = 1.4 Kso = 9.0Hc2 = 16.4 THJ0 = 14.6 T

FISCSC PM

CAF

-(BETS)2FeBr4

J

electron

donor molecule

BETS=Bis(ethylenedithio)tetraselenafulvalene

Se

Se S

S

Se

SeS

SBETS

Uji et al

有機化合物: λ-(BETS)2FeCl4

CAF : キャントした反強磁性相AF : 反強磁性絶縁相

SC : 超伝導相

CAF

AF

SC

常磁性金属相

強磁場 H>17T磁場誘起超伝導相

S. Uji et al., Nature (2001)

磁場誘起超伝導

磁場誘起超伝導体

URhGe

λ-(BETS)2FeCl（Br)4BETS上の内部磁場が外部磁場を打ち消した状態で超伝導が発現する？

自発磁化が磁場方向に傾く過程の不安定な状況でSCが誘起される。(SCは磁気転移と関係)(磁場方向に向いてしまうとSCは抑制)

2つの磁場誘起超伝導の発現機構は異なる?

有機物磁場誘起超伝導体のπ-d相互作用

加圧による磁場誘起相図は？

強磁性超伝導体URhGeの磁場誘起超伝導

Second pocket for superconductivity (H : 8～12 tesla)

up

SCSCFM FM

F. Levy et al., Science (2005)

H // b axis

UGe2

超伝導の発現は2つの強磁性状態の転移と関連

Change in transverse momentat H R

Change in longitudinal momentat P X

URhGe磁場誘起 SC 圧力誘起 SC

SCSC FMFM

FM2FM1

SC

ＨＲ PX

Other Topics in Superconductivity

Superconductivity in alkali-metal doped picene

Fullerene (C60) polymer Superconductivity in alkali-metal doped fullerene crystal

TcInsulating

state

Volume per C60 molecule

Switch function

Electric Field effect Transistor （ＦＥＴ）

Ⅰ

VG0

ＶSD：一定

MOS device structure

Onset of Superconductivity Driven by Electric Field

重い電子系の新奇な超伝導現象

・結晶反転対称性のない超伝導体：スピン一重項と三重項の混成

CePt3Si, CeRhSi3, CeIrSi3・電気四重極ゆらぎに起因する強結合超伝導

PrOs4Sb12・磁気臨界ゆらぎに起因する強結合超伝導

CeCu2Si2, CeMIn5・強磁性と共存する時間反転対称性の破れた超伝導

UGe2, URhGe

・反強磁性と超伝導の共存と競合、

CeIn3, CeRhIn5（超伝導リエントラント現象？）

・磁場誘起超伝導

URhGe

重い電子系とはー局在的ｆ-電子系の電子状態ー

Rudermann-Kittel-Kasuya-Yoshida（RKKY） interaction

Spin-quenching (Kondo) effect

磁気秩序状態非局在的な重い電子状態

f-電子スピンと伝導電子スピンとの反強磁性交換相互作用

Jcf の増大（加圧）

重い電子系の圧力相図

例：CeIn3 例：CeRhIn5

cf. (TMTTF)2SbF6の圧力相図辺土ら

圧力によってJcfをコントロール

重い電子系の相図

ドニアックの相図

)(2

FCfRKKYB DJTk

近藤効果

))(1exp(

)(1

FCfFKB DJD

Tk

RKKY相互作用

Jcf ： 伝導電子とf電子の反強磁性交換相互作用

超伝導

反強磁性と超伝導の圧力ー温度相図

四重臨界点

２次相転移（AFM+SC ⇔ SC）

ギャップレスSC（AFM+SC）

Coexistence of antiferromagnetism and superconductivity in CeRhIn5 under highpressure and magnetic fieldG. Knebel, D. Aoki,y D. Braithwaite, B. Salce, and J. Flouquet

超伝導と反強磁性の磁場ー圧力相図(T=0)今後の研究課題

Frontier of Superconducting PhenomenaOrganic conductorsHeavy-electrons

systemsHigh-Tc copper oxides

Nearly localized f-electrons

Half-field pπbands Half-filled 3d bands

AFMSC

AFMISC

AFMI AFMI

SC SC

CuO2面

Strongly Correlated Electrons Systems

CeCu2Si2CeNi2Ge2CeRIn5

三宅ら

おわり