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 Phenomena Heavy-electrons systems Organic conductors High-Tc copper oxides AFMI AFMI AFM AFMI SC Nearly localized f-electrons SC Half-field pπbands SC SC Half-filled 3d bands Strongly Correlated Electrons Systems CuO2面 1 分子軌道法のまとめ 2 3 Pressure-temperature Phase diagram for Quasi-1D Organic conductor 温度電荷秩序圧力 4 5 Discovery Pressure-induced SC in Quasi One-dimensional Organic Matter 擬１元有機伝導体における圧力誘起超伝導の発見 AFM spin fluctuations Recent topics of Organic superconductors, Recent Developments in Superconductivity, J. Phys. Soc. Jpn. 81 (2012) 011004. 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 6 Quasi-2D Organic Conductor Correlated Electronic State in Dimer Organic Systems Pd(dmit)2 is an electron acceptor and gives salts A[Pd(dmit)2]2 with monovalent cation, A+1. BEDT-TTF (ET) is an electron donor and gives salts (ET)2X with monovalent anion X-1. 7 Evidence of line-node SC gap from the T1 measurement (Kanoda Group)) T3 Quasi-2D Organic Conductor Paramagnetic insulator Paramagnetic metal SC AFM AFM/SC phase separation Pressure tuning 8 (a) Resonating valence bond in QSL. (b) Spinon. (c) Long-range valence bonds. 9 擬２次元有機伝導体 -(ET)2X; spin-1/2 on triangular lattice 層状物質面内構造 ET layer X layer dimer model Kino & Fukuyama t t X- Ground State t’/t Cu 2(CN) 3 Mott insulator 1.06 Cu[N(CN) 2]Cl Mott insulator 0.75 t’/t = 0.5 ~ 1.1 t’ Triangular lattice Half-filled band 30 mKまで磁気秩序は観測されない；スピン液体の発見磁化率 0.0007 1H NMR スペクトル Triangular lattice Heisenberg model J = 250 K 32 mK (pade[7,7]) Elstner et al. PRL 71(1993)1629. 0.0006 -Cu2(CN)3 0.0005 t’/t = 1.06 0.0004 -Cu[N(CN)2]Cl 0.0003 t’/t = 0.75 0.0002 0.0000 PRL 91 (2003) 107001 PRL 75 (1995) 1174 0 50 100 150 200 10.3 K 164 mK 14.1 K 508 mK 18.1 K 901 mK 22.1 K 1.4 K 25.1 K 2.8 K 27.2 K 9.7 K 30.2 K 36.1 K Canted AF transition 0.0001 4.9 K AF order 0.45B 56 mK 250 94.32 94.4 94.5 94.6 94.7 Frequency (MHz) 300 T (K) Theorist’s dream came true !! -(ET)2Cu2(CN)3 164 K 156.6 156.7 156.8 156.9 157.0 Frequency (MHz) -(ET)2Cu[N(CN)2]Cl t’/t =1.06 t’/t =0.75 スピン液体反強磁性体 PRL 93 (2004) 127001 加圧 PRB 69 (2004) 064511 Nature 436 (2005) 534 金属/ 超伝導 10 Pd(dmit)2 is an electron acceptor and gives saltsA[Pd(dmit)2]2 with monovalent cation, A+1. 有機三角格子系の相図の系統性電荷秩序スピン液体反強磁性 11 有機化合物: λ-(BETS)2FeCl4 BETS: 伝導層 BETSl ayer FeCl4: 絶縁層(磁性層) a,c方向の2次元の電気伝導性 b FeCl4l ayer a c 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 BETS上の内部磁場が外部磁場を打ち消す !? Discovery of Magnetic Field Induced SC b -(BETS)2FeBr4 I donor molecule  electron J S Se Se S S Se Se S Uji et al a H c BETS BETS= Bis(ethylenedithio)tetraselenafulvalene 2.5 -(BETS)2FeBr4 #k008 H // c (exactrly), I // b T (K) 2.0 Tc = 1.4 K so = 9.0 Hc2 = 16.4 T HJ0 = 14.6 T 1.5 1.0 CAF SC 0.5 PM FISC 0 2 4 6 8 H (T) 10 12 14 16 12 磁場誘起超伝導有機化合物: λ-(BETS)2FeCl4 常磁性金属相 AF CAF AF : 反強磁性絶縁相 CAF : キャントした反強磁性相 SC : 超伝導相 S. Uji et al., Nature (2001) SC 強磁場 H>17T 磁場誘起超伝導相磁場誘起超伝導体 λ-(BETS)2FeCl（Br)4 BETS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？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？ URhGe 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? 13 強磁性超伝導体URhGeの磁場誘起超伝導 H // b axis up FM SC SC FM Second pocket for superconductivity (H : 8～12 tesla) F. Levy et al., Science (2005) 超伝導の発現は2つの強磁性状態の転移と関連 URhGe磁場誘起 SC 圧力誘起 SC UGe2 SC SC FM FM1 FM FM2 SC ＨＲ Change in transverse moment at H R PX Change in longitudinal moment at P X 14 Other Topics in Superconductivity Superconductivity in alkali-metal doped picene 15 Fullerene (C60) polymer Superconductivity in alkali-metal doped fullerene crystal Tc Insulating state Volume per C60 molecule Electric Field effect Transistor （ＦＥＴ） MOS device structure Ⅰ ＶSD：一定 0 VG Switch function 16 Onset of Superconductivity Driven by Electric Field 17 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 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磁気秩序状態 Jcf の増大（加圧）非局在的な重い電子状態 18 重い電子系の圧力相図例：CeIn3 例：CeRhIn5 cf. (TMTTF)2SbF6の圧力相図辺土ら重い電子系の相図 RKKY相互作用超伝導 2 k BTRKKY  J Cf D( F ) 近藤効果 k BTK  ドニアックの相図 1 exp(  1 ) J Cf D ( F ) D ( F ) 圧力によってJcfをコントロール Jcf ：伝導電子とf電子の反強磁性交換相互作用 19 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）今後の研究課題超伝導と反強磁性の磁場ー圧力相図(T=0) Coexistence of antiferromagnetism and superconductivity in CeRhIn5 under high pressure and magnetic field G. Knebel, D. Aoki,y D. Braithwaite, B. Salce, and J. Flouquet 20 Frontier of Superconducting Phenomena Heavy-electrons systems Organic conductors High-Tc copper oxides AFMI AFMI AFM AFMI SC Nearly localized f-electrons SC Half-field pπbands SC SC Half-filled 3d bands Strongly Correlated Electrons Systems CuO2面 CeCu2Si2 CeNi2Ge2 CeRIn5 三宅ら 21