• Search Research Projects
  • Search Researchers
  • How to Use
  1. Back to previous page

超精密磁気熱量効果で解明する新奇量子相

Research Project

Project/Area Number 23K03310
Research Category

Grant-in-Aid for Scientific Research (C)

Allocation TypeMulti-year Fund
Section一般
Review Section Basic Section 13030:Magnetism, superconductivity and strongly correlated systems-related
Research InstitutionJapan Atomic Energy Agency

Principal Investigator

常盤 欣文  国立研究開発法人日本原子力研究開発機構, 原子力科学研究部門 原子力科学研究所 先端基礎研究センター, 副主任研究員 (30737458)

Project Period (FY) 2023-04-01 – 2026-03-31
Project Status Granted (Fiscal Year 2023)
Budget Amount *help
¥4,680,000 (Direct Cost: ¥3,600,000、Indirect Cost: ¥1,080,000)
Fiscal Year 2025: ¥650,000 (Direct Cost: ¥500,000、Indirect Cost: ¥150,000)
Fiscal Year 2024: ¥1,690,000 (Direct Cost: ¥1,300,000、Indirect Cost: ¥390,000)
Fiscal Year 2023: ¥2,340,000 (Direct Cost: ¥1,800,000、Indirect Cost: ¥540,000)
Keywords磁気熱量効果 / スピン3重項超伝導 / 渦糸
Outline of Research at the Start

磁気熱量効果(MCE)はエントロピーの磁場微分を検出するため、磁場誘起の量子現象の研究に非常に有効な物理量である。申請者は、ドイツでMCEの精密測定の手法を開発し、有力雑誌への多数の論文発表を通して、その有用性を証明してきた。本研究ではMCE精密測定を改良し測定可能な領域を拡大させる。熱容量の小さい試料や圧力が必要な物質の測定を実現する事で、ウラン系スピン三重項、FFLO、量子スピン系といった、磁場と強く結合している幅広い新奇量子相に適用し、独自の新たな知見をもたらす。

Outline of Annual Research Achievements

磁気熱量効果(MCE)はエントロピーの磁場微分を検出するため、磁場誘起の量子現象の研究に有効な物理量である。より精密な測定を通して、ウラン系スピン三重項超伝導、FFLO超伝導、量子スピンなど、磁場と強く結合している新奇量子相に適用し、独自の知見をもたらす。
スピン3重項超伝導体では、複数の超伝導状態が磁場中で発現することがあり、その複数の相の中には多数の異なる超伝導秩序変数の合成状態になっている場合がある。そのような相では渦糸が分数量子化されている可能性が指摘されている。我々の交流磁場MCE測定では、本質的なMCEの他に、交流磁場による渦糸運動に起因する発熱成分を検出できる。我々のMCE測定により、スピン三重項超伝導体UTe2におけるb軸磁場中の中間磁場超伝導相において渦糸が動きやすくなっている事が分かった。この渦糸ダイナミクスをより詳細に調べるため、24Tの磁場までの直流電気抵抗による研究を行った。結果、中間磁場相において臨界電流が異常減少することを明らかにした。これは、分数量子ボルテックス状態におけるピニング力の低下の可能性があり、大変興味深い成果である。
非従来型超伝導体では、多くの場合常伝導状態に非フェルミ液体状態という異常な金属相が見られることが知られている。特異な常伝導状態の解明は超伝導の機構解明に不可欠である。
UTe2の25Tまでの強磁場における磁化測定を行い、dM/dT=dS/dTの熱力学的関係式を用い、エントロピーの解析を行った。b軸磁場方向ではメタ磁性転移によるエントロピーの増強が見られる。この磁場方向では超伝導転移温度(Tc)が磁場によりいったんは抑制され、15T程度の磁場以上でTcが上昇に転じるという非単調な磁場依存性が観測されている。エントロピーも15T以上で急増しており、このTcの非単調な磁場依存性と関係していると考えられる。

Current Status of Research Progress
Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

希釈冷凍機を用いた極低温磁場中での温度計校正、交流磁場発生の確認や測定セルの作成が完了した。結果、極低温での磁気熱量効果測定の立ち上げることが出来た。この測定系を活用しUTe2において磁気熱量効果を測定した。その結果、渦糸のダイナミクスという予想していなかった成果も得られた。
また、磁化測定とdM/dT=dS/dTの熱力学的関係式とdS/dHに関係する磁気熱量効果を用いてエントロピーの解析ができることを示した。その結果、UTe2の異常な超伝導転移温度の磁場変化がメタ磁性によるエントロピーの異常増大と関係していることを明らかにできた。
以上、測定系の立ち上げは順調に完了しており、予想しなかった結果や磁気熱量効果に関係した新たな研究手法を開発することもできている。

Strategy for Future Research Activity

今後は、立ち上げた測定系を用いてUTe2の研究を行う。特にb軸磁場方向は未解明の現象が多く存在し、磁気熱量効果による解明への貢献が期待できるため、その測定を進める。また、UTe2の超伝導研究には高磁場が必要であるため、強磁場施設での磁気熱量効果測定の開発に取り組む。

Report

(1 results)
  • 2023 Research-status Report
  • Research Products

    (12 results)

All 2024 2023

All Journal Article (5 results) (of which Int'l Joint Research: 3 results,  Peer Reviewed: 5 results,  Open Access: 1 results) Presentation (7 results) (of which Invited: 1 results)

  • [Journal Article] Discrete degeneracies distinguished by the anomalous Hall effect in a metallic kagome ice compound2024

    • Author(s)
      Zhao K.、Tokiwa Y.、Chen H.、Gegenwart P.
    • Journal Title

      Nature Physics

      Volume: 20 Issue: 3 Pages: 442-449

    • DOI

      10.1038/s41567-023-02307-w

    • Related Report
      2023 Research-status Report
    • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] Reinforcement of superconductivity by quantum critical fluctuations of metamagnetism in UTe22024

    • Author(s)
      Tokiwa Y.、Opletal P.、Sakai H.、Kambe S.、Yamamoto E.、Kimata M.、Awaji S.、Sasaki T.、Aoki D.、Haga Y.、Tokunaga Y.
    • Journal Title

      Physical Review B

      Volume: 109 Issue: 14

    • DOI

      10.1103/physrevb.109.l140502

    • Related Report
      2023 Research-status Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Fully gapped pairing state in spin-triplet superconductor UTe22024

    • Author(s)
      Suetsugu Shota、Shimomura Masaki、Kamimura Masashi、Asaba Tomoya、Asaeda Hiroto、Kosuge Yuki、Sekino Yuki、Ikemori Shun、Kasahara Yuichi、Kohsaka Yuhki、Lee Minhyea、Yanase Youichi、Sakai Hironori、Opletal Petr、Tokiwa Yoshifumi、Haga Yoshinori、Matsuda Yuji
    • Journal Title

      Science Advances

      Volume: 10 Issue: 6

    • DOI

      10.1126/sciadv.adk3772

    • Related Report
      2023 Research-status Report
    • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] Longitudinal Spin Fluctuations Driving Field-Reinforced Superconductivity in UTe22023

    • Author(s)
      Tokunaga Y.、Sakai H.、Kambe S.、Opletal P.、Tokiwa Y.、Haga Y.、Kitagawa S.、Ishida K.、Aoki D.、Knebel G.、Lapertot G.、Kramer S.、Horvatic M.
    • Journal Title

      Physical Review Letters

      Volume: 131 Issue: 22 Pages: 226503-226503

    • DOI

      10.1103/physrevlett.131.226503

    • Related Report
      2023 Research-status Report
    • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] Anomalous vortex dynamics in the spin-triplet superconductor UTe22023

    • Author(s)
      Tokiwa Y.、Sakai H.、Kambe S.、Opletal P.、Yamamoto E.、Kimata M.、Awaji S.、Sasaki T.、Yanase Y.、Haga Y.、Tokunaga Y.
    • Journal Title

      Physical Review B

      Volume: 108 Issue: 14 Pages: 144502-144502

    • DOI

      10.1103/physrevb.108.144502

    • Related Report
      2023 Research-status Report
    • Peer Reviewed
  • [Presentation] Yb希薄系(Lu,Yb)Rh2Zn20の単結晶によるパルス強磁場磁化測定2024

    • Author(s)
      北澤崇文, 池田陽一, 松尾晶, 清水悠晴, 川又雅広, 徳永陽, 芳賀芳範, 酒井宏典, 常盤欣文, 山本悦嗣, 神戸振作, 金道浩一, 藤田全基
    • Organizer
      日本物理学会2024年春季大会
    • Related Report
      2023 Research-status Report
  • [Presentation] ウランを含むTsai型近似結晶の合成と評価2024

    • Author(s)
      芳賀芳範, 常盤欣文, 酒井宏典, 山本悦嗣, 神戸振作, 徳永陽, 室裕司
    • Organizer
      日本物理学会2024年春季大会
    • Related Report
      2023 Research-status Report
  • [Presentation] UTe2における容易軸メタ磁性と超伝導相内一次転移2023

    • Author(s)
      常盤欣文
    • Organizer
      日本物理学会第78回年次大会
    • Related Report
      2023 Research-status Report
    • Invited
  • [Presentation] UTe2における異常ボルテックス状態2023

    • Author(s)
      常盤欣文, 酒井宏典, 神戸振作, Petr Opletal, 山本悦嗣, 木俣基, 淡路智, 佐々木孝彦, 栁瀨陽一, 芳賀芳範, 徳永陽
    • Organizer
      日本物理学会第78回年次大会
    • Related Report
      2023 Research-status Report
  • [Presentation] ウラン系化合物 Lu1-xUxRh2Zn20における縮重度の大きな近藤効果の検証2023

    • Author(s)
      北澤崇文, 徳永陽, 芳賀芳範, 酒井宏典, 常盤欣文, 山本悦嗣, 神戸振作, 池田陽一, 藤田全基, 清水悠晴
    • Organizer
      日本物理学会第78回年次大会
    • Related Report
      2023 Research-status Report
  • [Presentation] スピン三重項超伝導体UTe2の超伝導ギャップ構造2023

    • Author(s)
      関野雄輝, 神村真志, 下邨真輝, 末次祥大, 浅場智也, 淺枝寛人, 小菅優揮, 池森駿, 笠原裕一, 幸坂祐生, 柳瀬陽一, 酒井宏典, 常盤欣文, 芳賀芳範, 松田祐司
    • Organizer
      日本物理学会第78回年次大会
    • Related Report
      2023 Research-status Report
  • [Presentation] スピン3重項超伝導体UTe2の異常ボルテックス状態2023

    • Author(s)
      常盤欣文
    • Organizer
      第29回渦糸物理ワークショップ
    • Related Report
      2023 Research-status Report

URL: 

Published: 2023-04-13   Modified: 2024-12-25  

Information User Guide FAQ News Terms of Use Attribution of KAKENHI

Powered by NII kakenhi