Control of magnetic fluctuations and superconductivity in heavy-fermion systems.

• Project/Area Number: 20J11939
• Research Category: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• Allocation Type: Single-year Grants
• Section: 国内
• Review Section: Basic Section 13030:Magnetism, superconductivity and strongly correlated systems-related
• Research Institution: Kyoto University
• Principal Investigator: 仲嶺 元輝 京都大学, 理学研究科, 特別研究員(DC2)
• Project Period (FY): 2020-04-24 – 2022-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2020)
• Budget Amount: ¥2,100,000 (Direct Cost: ¥2,100,000); Fiscal Year 2020: ¥1,100,000 (Direct Cost: ¥1,100,000)
• Keywords: スピン三重項超伝導 / 超伝導対称性 / ウラン系化合物 / 核磁気共鳴

Outline of Research at the Start

強相関電子系では、伝導電子の有効質量増大により、従来の格子ゆらぎを媒介にした超伝導よりも、その他のゆらぎを媒介とした非従来型超伝導が有利と考えられている。本研究は、核磁気共鳴法を用いて以下の二つの実験を行い、磁気ゆらぎの性質と非従来型超伝導との関係をより詳細に解明する事を目的とする。
①重い電子系物質で構成された人工超格子について、構成物質を変化させることにより、反強磁性ゆらぎの次元性を制御し、磁気状態、超伝導性との関係を調べる。
②スピン三重項超伝導の実現が期待されているUTe2について、微視的測定からその超伝導対称性を決定し、超伝導発現機構の解明を目指す。

Outline of Annual Research Achievements

本研究の目的は、磁気ゆらぎの性質と非従来型超伝導との関係をより詳細に解明する事である。そのために核磁気共鳴(NMR)を用いて二つの実験①重い電子系人工超格子のゆらぎの次元性の解明　②スピン三重項超伝導候補物質UTe2の超伝導対称性の決定　を計画していた。当該年度は主に②に注力して実験を行った。
まず単結晶UTe2において、b軸方向磁場下でNMRナイトシフトの測定を行い、超伝導状態でスピン磁化率が減少するものの、その減少量がスピン一重項で予想されるものより小さい事を明らかにした。また、核スピン-格子緩和率の温度依存性を測定し、従来型の超伝導で期待されるコヒーレンスピークが出現しない事を確認した。これらの結果はUTe2がスピン三重項超伝導体である事を示唆するものである。
次に、NMR信号強度を増強させるためNMRアクティブな125Te核の濃度を99.9%まで高めた単結晶UTe2を用いて、より詳細なNMRナイトシフトの測定を行った。その結果、b軸方向に加え、c軸方向でもスピン磁化率が減少する事がわかった。興味深い事に、このスピン磁化率減少の磁場依存性はb, c軸方向で異方的であり、超伝導高磁場領域ではb, c軸方向ともに超伝導状態であるにも関わらず、スピン磁化率が減少しない領域がある事がわかった。本測定で得られたスピン磁化率の磁場依存性は超伝導対称性の候補を大きく絞るものであり、特に高磁場でのスピン磁化率が減少しない超伝導状態は、超伝導中でもスピン自由度が生き残っている事を示し、スピン三重項超伝導を強く示唆する。今後a軸方向のナイトシフト測定により対称性の完全決定を目指す。
加えて、NMRスペクトルの測定より、超伝導体中でスピン磁化率が特徴的な分布を示すことがわかった。この分布はスピン自由度に関連したスピン三重項超伝導特有の現象である事が期待される。

Research Progress Status

翌年度、交付申請を辞退するため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

翌年度、交付申請を辞退するため、記入しない。

Research Products

• [Journal Article] Anisotropic response of spin susceptibility in the superconducting state of UTe 2 probed with 125 Te － NMR measurement (2021)
  • Author(s): Genki Nakamine, Katsuki Kinjo, Shunsaku Kitagawa, Kenji Ishida, Yo Tokunaga, Hironori Sakai, Shinsaku Kambe, Ai Nakamura, Yusei Shimizu, Yoshiya Homma, Dexin Li, Fuminori Honda, and Dai Aoki
  • Journal Title: Physical Review B Volume: 103 Issue: 10 Pages: 100503-4
  • DOI: 10.1103/physrevb.103.l100503
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Inhomogeneous Superconducting State Probed by 125Te NMR on UTe2 (2021)
  • Author(s): Genki Nakamine, Katsuki Kinjo, Shunsaku Kitagawa, Kenji Ishida, Yo Tokunaga, Hironori Sakai, Shinsaku Kambe, Ai Nakamura, Yusei Shimizu, Yoshiya Homma, Dexin Li, Fuminori Honda, and Dai Aoki
  • Journal Title: Journal of the Physical Society of Japan Volume: -
  • Peer Reviewed
• [Presentation] UTe2の超伝導状態のスピン磁化率 (2021)
  • Author(s): 仲嶺元輝, 藤林裕己, 金城克樹, 北川俊作, 石田憲二, 徳永陽, 酒井宏典, 神戸振作, 清水悠晴, 仲村愛, 李徳新, 本間佳哉, 本多史憲 青木大
  • Organizer: 日本物理学会年次大会
• [Presentation] UTe2における超伝導多重相のNMRによる観測UTe2の超伝導状態のスピン磁化率 (2020)
  • Author(s): 仲嶺元輝, 北川俊作, 石田憲二, 徳永陽, 酒井宏典, 神戸振作, 清水悠晴, 仲村愛, 李徳新, 本間佳哉, 本多史憲, 青木大
  • Organizer: 日本物理学会秋季大会