Exploration of topological electronic phases in layered homologous compounds with strong spin orbit coupling

强自旋轨道耦合层状同系化合物拓扑电子相的探索

• 批准号: 18J14424
• 负责人: 村瀬 正恭
• 金额: $ 1.22万
• 依托单位: Tokyo Institute of Technology
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2018
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2018-04-25 至 2020-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-18J14424/
• 关键词: トポロジカル物質; ディラック分散; 非従来型超伝導; 単結晶; ディラック電子系; 超伝導; 電子構造; 層状ビスマス化合物

我々は強いスピン軌道相互作用を持つ重元素を含んだ化合物に着目し、トポロジカルな電子状態を発現しうる、新規物質の開拓を目指し研究を行ってきた。特に、今年度はディラック分散を有する物質での超伝導開拓を行った。ディラック分散を有する物質で超伝導が発現すると、非従来型超伝導の誘起が期待されるが、既存の物質では、フェルミエネルギー(EF)付近にディラック分散が存在せず、また外的要因がないと超伝導を示さない場合がほとんどである。本研究では、ノンシンモルフィック(NS)な対称性で保護されたギャップレスディラック分散が、特定の運動量方向に連なるディラックノーダルライン(DNL)を持つDNL半金属ならば、EFと交差する可能性が高いと考えた。NSな空間群P4/nmmに属するBi正方格子化合物LaAgBi2は必ずDNLを有し、尚且つ鉄系超伝導体（Ca1-xLax）FeAs2と類似構造のため超伝導の発現も期待でき、格好の研究舞台と考えた。まず我々は第一原理計算により、LaAgBi2の電子構造中にDNLの存在を確認し、EFを横切ることを発見した。次に、単結晶の育成手法を工夫することで、先行研究の二倍の純良さを持つ試料の育成に成功した。この純良性の高い試料を用いた輸送特性評価により、T = 2.0 Kで超伝導転移することを初めて発見した。更に上部臨界磁場Hc2(0)がパウリリミットを超えることが判明し、トリプレット超伝導の可能性を見出した。また、類似構造を持つが、ギャップの開いたディラック分散を持つBi正方格子化合物でも超伝導を確認したが、パウリリミットを超えることはなかった。以上から、LaAgBi2で見出されたトリップレット超伝導状態はギャップレスなディラック分散がカギとなっている可能性がある。このように未発見の超伝導を報告し、非従来型超伝導の要因を示唆できたことが最大の成果と考えている。

We have been studying the development of new materials for the development of electron states in compounds containing heavy elements. In particular, this year, the dispersion of substances and the development of superconductivity In the case of a substance with dispersion, superconductivity occurs, a substance with non-dispersion is expected to induce superconductivity, an existing substance, a substance with dispersion, and a substance with dispersion (EF). In this study, we found that there was a high probability that DNL (semi-metallic) and EF (EF) would be correlated with the symmetry of DNL (NS) and EF (EF). NS-space group P4/nmm belongs to Bi square lattice compound LaAgBi2, which must have DNL, FeAs2 and similar structure. The existence of DNL in the electronic structure of LaAgBi2 was confirmed by first-principle calculation, and the existence of EF was discovered. Second, single crystal breeding method, first research, double purity, continuous breeding of test materials The transport characteristics of these pure benign samples were evaluated at T = 2.0 K. Furthermore, the upper critical magnetic field Hc2 (0) is found to be very sensitive to the possibility of superconductivity. The structure of the compound is similar to that of a square lattice compound. The above LaAgBi2 can be seen in the possibility of hyperconduction state. The main causes of this undiscovered superconductivity are reported, and the greatest results are found in the study.

项目成果

ビスマス正方格子を含む Dirac nodal line 半金属の単結晶育成と超伝導特性 ”

含铋方晶格的狄拉克节线半金属的单晶生长及超导性能”

• 发表时间: 2020
• 作者: Toshiya Ideue;Motoaki Hirayama;Hiroaki Taiko;Takanari Takahashi;Masayuki Murase;Takashi Miyake;Shuichi Murakami;Takao Sasagawa;Yoshihiro Iwasa;村瀬正恭
• 通讯作者: 村瀬正恭

Topological Electronic, Magnetotransport, and Superconducting Properties of LaAgBi2

LaAgBi2 的拓扑电子、磁输运和超导特性

• 发表时间: 2019
• 作者: Toshiya Ideue;Motoaki Hirayama;Hiroaki Taiko;Takanari Takahashi;Masayuki Murase;Takashi Miyake;Shuichi Murakami;Takao Sasagawa;Yoshihiro Iwasa;村瀬正恭;村瀬正恭
• 通讯作者: 村瀬正恭

Crystal Growth and Superconducting Properties of Layered Compounds containing a 2D Bismuth Square-net

含有二维铋方网的层状化合物的晶体生长和超导性能

• 发表时间: 2019
• 作者: 鈴木皓己;太子敏則;M. Murase and T. Sasagawa
• 通讯作者: M. Murase and T. Sasagawa

Superconductivity in a Topological Dirac Nodal Line Semimetal

拓扑狄拉克节点线半金属中的超导性

• 发表时间: 2019
• 作者: Toshiya Ideue;Motoaki Hirayama;Hiroaki Taiko;Takanari Takahashi;Masayuki Murase;Takashi Miyake;Shuichi Murakami;Takao Sasagawa;Yoshihiro Iwasa;村瀬正恭;村瀬正恭;村瀬正恭
• 通讯作者: 村瀬正恭

Crystal Growth and Superconducting Properties of Layered Compounds with a Bi Square-net

双方网层状化合物的晶体生长和超导性能

• 发表时间: 2018
• 作者: X. Liang;M. Murase;H. Namiki;and T. Sasagawa;M. Murase and T. Sasagawa
• 通讯作者: M. Murase and T. Sasagawa