2016 Fiscal Year Annual Research Report
Understanding of the Mechanism of Superconductivity and Search for a Novel Superconducting State in Uranium Heavy-Fermion Compounds
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15H05745
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| Research Institution | Kyoto University |
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Principal Investigator |
石田 憲二 京都大学, 理学研究科, 教授 (90243196)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
青木 大 東北大学, 金属材料研究所, 教授 (30359541)
藤 秀樹 神戸大学, 理学研究科, 教授 (60295467)
徳永 陽 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 先端基礎研究センター, 研究主幹 (00354902)
池田 浩章 立命館大学, 理工学部, 教授 (90311737)
柳瀬 陽一 京都大学, 理学研究科, 准教授 (70332575)
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| Project Period (FY) |
2015-05-29 – 2020-03-31
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| Keywords | 強相関電子系 / ウラン系化合物 / 超伝導特性 / 遍歴強磁性 / 物性実験 / スピン三重項超伝導 / 多重相超伝導 / 核磁気共鳴 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究課題では、ウラン系化合物、特にスピン三重項超伝導が実現していると考えられている強磁性超伝導UGe2、URhGe、UCoGeにおいて超伝導波動関数の同定及び発現機構の解明、またスピン三重項超伝導特有の新奇現象の発見を目指す。現在までに以下の成果を得た。
① 強磁性超伝導体UCoGeにおいてイジング的な一軸異方性を持つ強磁性ゆらぎが存在していることをNMR実験より明らかにした。またこの磁気ゆらぎの磁場に対する応答と超伝導の異方性に密接な関係があることを示した。また、このUCoGeにおいてCo核とGe核のNMRより、磁気励起はウランサイトからのみであることを示した。②強磁性超伝導体URhGe, UCoGeを中心にシュブニコフ・ドハース効果および熱電能の量子振動を観測した。磁場中で強磁性揺らぎが発達するとともにフェルミ面の不安定性も磁場誘起（強化）型超伝導に重要な役割を果たしていることがわかった。URhGeの一軸圧力の実験についても現在進行中である。また、U6Coにおいては、full gapのs波超伝導であるが、極めて小さなg因子であることがわかった。③Co置換したURhGeにおいてT1測定を実施し、強磁性ゆらぎの磁場依存性に関して、UCoGeとの違いを明らかにした。また73GeをenrichしたURhGe単結晶を用いてGe-NMR測定に成功した。URu2Si2純良単結晶を用いて磁場困難軸方向のKnight shiftを測定し、超伝導温度以下で変化が見られないことを確認した。④UPt3はPt-NMR緩和率の実験から反強磁性スピン揺らぎが５K以下で増強されていることを見いだした。UGe2は73Geの同位体置換した粉末試料のNMR/NQR実験を行いa軸方向のイジング型の磁気揺らぎを見いだし,超伝導との相関に関する知見を得た。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
本研究課題ではウラン系超伝導体の純良単結晶を用いての網羅的NMR研究を計画したが、今年度までにすべてのウラン系超伝導体についてNMR実験に着手することが出来た。
[石田G: UCoGe, U(Pd・Ni)2Al3 藤G: UBe13, UPt3, UGe2 徳永G: URhGe, URu2Si2 等]
特に、強磁性超伝導体UCoGe, URhGe, UGe2においては共通に含まれている73Ge核のNMR実験より磁気的性質を明らかにし、3物質の類似点、相違点を明らかにする予定である。この実験研究と理論研究を組み合わせ、強磁性超伝導体の発現機構を同定したい。またウラン系超伝導体の長年の問題である、UPt3や(UTh)Be13における多重相超伝導状態の研究にも研究の取り掛かりが出来つつある。
このような状況であり、研究はおおむね順調に進展していると考えている。
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| Strategy for Future Research Activity |
今後以下の研究を行っていく
①NMR実験用に試料育成・成形を行う。特にNMR可能な核(29Siや73Ge)をenrichした良質単結晶を作成する。②強磁性超伝導体UCoGe、URhGeの遷移元素を置換した系の単結晶育成と強磁性量子臨界現象の研究を行う。③強磁性超伝導体に一軸圧力を加えた時の強磁性ゆらぎ、および磁場誘起現象の探索。④73GeをenrichしたUCoGe単結晶において59Co核と73Ge核の核四重極共鳴を行い磁気ゆらぎのサイトによる違いを調べ、磁気ゆらぎの起源を調べる。⑤加圧によりUCoCeの強磁性を抑制した常磁性領域でみられる超伝導状態でのギャップ構造を59Co-NQRより調べ、強磁性領域でみられる超伝導状態のものと比較する。
⑥73GeをenrichしたURhGe単結晶において希釈冷凍機温度での73Ge-NQRを行い、磁場誘起超伝導状態での磁気励起の特徴を調べ、UGe2、UCoGeとの磁気励起の違いを明らかにする。⑦UBe13は角度回転NMR実験により、極低温までのスペクトル・ナイトシフト測定を行い超伝導相内で生じる異常の起源を明らかにし、超伝導との相関についての知見を得る。また、UThBe13について東北大・青木グループと協力し、新たな試料を作るとともに、 トリウム置換によるナイトシフト、緩和率の温度依存性を明らかにし、結晶場基底状態と近藤効果との相関を明らかにする。⑧UPt3は常伝導状態のNMR実験を行い、強磁場でのPt-NMR実験から5Kで報告されている反強磁性揺らぎについての周波数特性に関する知見を得るとともに、超伝導状態C相でのナイトシフト測定から対スピン状態について調べ、バルク測定と比較することで秩序変数に関する知見を得る。⑨UGe2は超伝導が発現する2種類の磁気相において磁気ゆらぎの観測を目指し、超伝導発現機構についての知見を得る。
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[Journal Article] Giant superconducting fluctuations in the compensated semimetal FeSe at the BCS-BEC crossover2016
Author(s)
S. Kasahara, T. Yamashita, A. Shi, R. Kobayashi, Y. Shimoyama, T. Watashige, K. Ishida, T. Terashima, T Wolf, F. Hardy, C. Meingast, H. v. Lohneysen, A. Levchenko, T. Shibauchi and Y. Matsuda
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Journal Title
Nature Communications
Volume: ７
Pages: 12843１－７
DOI
Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research / Acknowledgement Compliant
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[Journal Article] Thermoelectric power quantum oscillations in the ferromagnet UGe22016
Author(s)
A. Palacio Morales, A. Pourret, G. Knebel, G. Bastien, V. Taufour, D. Aoki, H. Yamagami, and J. FlouquetA. Palacio Morales, A. Pourret, G. Knebel, G. Bastien, V. Taufour, D. Aoki, H. Yamagami, and J. Flouquet
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Journal Title
Phys. Rev. B
Volume: 93
Pages: 155120 1-11
DOI
Peer Reviewed / Int'l Joint Research / Acknowledgement Compliant
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[Journal Article] Interplay between quantum fluctuations and reentrant superconductivity with a highly enhanced upper critical field in URhGe2016
Author(s)
Y. Tokunaga, D. Aoki, H. Mayaffre, S. Kramer, M. H. Julien, C. Berthier, M. Horvatic, H. Sakai, T. Hattori, S. Kambe, S. Araki
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Journal Title
Phys. Rev. B
Volume: 93
Pages: 201112 1-5
DOI
Peer Reviewed / Int'l Joint Research / Acknowledgement Compliant
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[Journal Article] Field-induced spin-density wave beyond hidden order in URu2Si22016
Author(s)
W. Knafo, F. Duc, F. Bourdarot, K. Kuwahara, H. Nojiri, D. Aoki, J. Billette, P. Frings, X. Tonon, E. Lelievre-Berna, J. Flouquet, L. P. Regnault
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Journal Title
Nature Communications
Volume: 7
Pages: 13075 1-7
DOI
Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research / Acknowledgement Compliant
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[Journal Article] Thermodynamic study of gap structure and pair-breaking effect by magnetic field in the heavy-fermion superconductor CeCu2Si22016
Author(s)
S. Kittaka, Y. Aoki, Y. Shimura, T. Sakakibara, S. Seiro, C. Geibel, F. Steglich, Y. Tsutsumi, H. Ikeda, K. Machida,
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Journal Title
Phys. Rev. B
Volume: 94
Pages: 054514
DOI
Peer Reviewed / Int'l Joint Research / Acknowledgement Compliant
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[Presentation] CeCoIn5薄膜におけるブロードなNQRスペクトルと核スピン 格子緩和率の分布2017
Author(s)
山中隆義, 下澤雅明, 遠藤僚太, 水上雄太, 宍戸寛明, 北川俊作, 池田浩章, 芝内孝禎, 寺嶋孝仁, 松田祐司, 石田憲二
Organizer
日本物理学会 第72回年次大会
Place of Presentation
大阪大学豊中キャンパス
Year and Date
2017-03-17
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[Presentation] 59Co-NMRによる人工超格子CeCoIn5/CeRhIn5とCeCoIn5/YbCoIn5の比較2017
Author(s)
仲嶺元輝, 山中隆義, 北川俊作, 石田憲二, 石井智大, 成塚政裕, 鳥井陽平, 下澤雅明, 宍戸寛明, 笠原成, 常盤欣文, 笠原裕一, 水上雄太, 芝内孝禎, 寺嶋孝仁, 松田祐司
Organizer
日本物理学会 第72回年次大会
Place of Presentation
大阪大学豊中キャンパス
Year and Date
2017-03-17
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[Presentation] NMR/NQRによるPrT2Al20 (T=Nb, Ta) の磁気揺らぎの研究2017
Author(s)
久保徹郎, 藤秀樹, 三宅遼磨, 松野治貴, 小手川恒, 播磨尚朝, 東中隆二, 中間章浩, 青木勇二, 佐藤英行, 井原慶彦, 後藤貴行, 佐々木孝彦
Organizer
日本物理学会 第72回年次大会
Place of Presentation
大阪大学豊中キャンパス
Year and Date
2017-03-17
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[Presentation] 重い電子系超伝導化合物CeCoIn5と反強磁性化合物CeRhIn5の人工超格子CeCoIn5/CeRhIn5のNMR2016
Author(s)
仲嶺元輝, 山中隆義, 北川俊作, 石田憲二, 石井智大, 成塚政裕, 鳥井陽平, 下澤雅明A, 笠原成, 常盤欣文, 笠原裕一, 芝内孝禎B, 寺嶋孝仁, 松田祐司
Organizer
日本物理学会 2016年秋季大会
Place of Presentation
金沢大学角間キャンパス
Year and Date
2016-09-15
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[Presentation] CeCoIn5トリコロール超格子によるPauli対破壊効果の人工制御2016
Author(s)
三宅聡平, 石井智大, 成塚政裕, 鳥井陽平, 下澤雅明, 笠原成, 常盤欣文, 笠原裕一, 芝内孝禎, 寺嶋孝仁, 石田憲二, 松田祐司
Organizer
日本物理学会 2016年秋季大会
Place of Presentation
金沢大学角間キャンパス
Year and Date
2016-09-14
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[Presentation] 単結晶PrT2Al20 (T = Nb, Ta) のNMRによる研究2016
Author(s)
久保徹郎, 三宅遼磨, 松野治貴, 小手川恒, 藤秀樹, 播磨尚朝, 東中隆二, 中間章浩, 青木勇二, 佐藤英行, 井原慶彦, 後藤貴行, 佐々木孝彦
Organizer
日本物理学会 2016年秋季大会
Place of Presentation
金沢大学角間キャンパス
Year and Date
2016-09-13
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[Presentation] Single Crystal NMR Studies of PrT2Al20 Systems (T = Nb, Ta)2016
Author(s)
T. Kubo, R. Miyake, H. Kotegawa, H. Tou, H. Harima, R. Higashinaka, A. Nakama, Y. Aoki, H. Sato, Y. Ihara, T. Goto, T. Sasaki
Organizer
SCES2016
Place of Presentation
Hangzhou (China)
Year and Date
2016-05-11
Int'l Joint Research
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