2018 Fiscal Year Research-status Report
Theoretical studies to establish experimental methods of determination of gap structures in unconventional superconductors
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17K05553
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| Research Institution | Ritsumeikan University |
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Principal Investigator |
町田 一成 立命館大学, 理工学研究科, 非常勤講師 (50025491)
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| Project Period (FY) |
2017-04-01 – 2021-03-31
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| Keywords | 重い電子系超伝導 / 強相関物質 / パウリ常磁性効果 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
非自明超伝導体の代表的な物質であるSr2RuO4と(U,Th)Be13の対関数の同定を行った。それぞれの超伝導体についてのギャップ構造を具体的な実験手段のデザインを含めて、実験グループとの共同作業の中で遂行した。
Sr2RuO4については角度分解比熱測定を行った。この実験手段は今まで我々が培ってきたギャップ構造同定の有力な実験であることが立証されてきた。この方法を今回はSr2RuO4に適用し、この物質のギャップ構造を明らかにした。従来縦ノードが有力視されてきたが、ab面に水平に配置するラインノードが存在することを明らかにした。この結論を理論サイドからサポートするために微視的な計算をEilenberger方程式に基づいて詳細に検討した。その際、マルチバンドの効果、パウリ常磁性効果等を取り入れたモデルを設定した。また、バンド構造の３次元性は従来しばしば無視されることが多かったが、今回の計算にはこれも考慮して角度分解比熱を算出した。その結果角度振動が磁場と温度の空間全体で一定の振動パターンを示す実験事実は水平ラインノードを想定することによって説明できることを明らかにした。これは縦ノードに伴って起きる振動パターンの逆転現象とは対比的であり、水平ノードの時のみに見られることである。興味深いことにHc2の直下に符号反転振動がごく狭い温度ー磁場領域に見られることが実験的に判明した。この系の準２次元性や強いパウリ常磁性効果、並びに結晶がクリーンであること等を考えるとFFLO相がこの領域で出現していることの兆候とみなすことができる。現在継続的にこの可能性を追求していて、理論とそれを検証できる実験のデザインを行っている。
(UTh)Be13についても研究を進め超伝導二段転移の理解を行った。ここではspin triplet対称性の中で立方晶の群論的な分類を行い二次元表現に属する対関数を考えた。
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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
上述したように、Sr2RuO4と(UTh)Be13という強相関物質に発現する超伝導体についての研究を実験グループとの共同研究の下に遂行した。実験グループの強力な支援もあって概ね当初計画は確実に前進したと評価している。とりわけSr2RuO4については最近になって筆者の主張してきた水平ラインノードを持つスピンシングレット説を支持する有力な実験が現れ始めた。最大のサポートはナイトシフト実験の再検証が行われ、従来の結果が覆ったことである。この系のカイラルtriplet説の有力な実験的基盤が失われた。その意味では意外なところから決定的な実験が出たということである。従って、我々の計画をこの方向で前進させることが最大の今後実行することである。
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| Strategy for Future Research Activity |
Sr2RuO4の超伝導対称性の研究を更に推進する。スピンシングレット対であることはこれまでの研究で明らかとなった。この先であるがパウリ常磁性効果が強いことも同時に示すことができているので、FFLO状態が当然のことながら期待できる。これは（１）系がクリーンであること。（２）低次元性があること。（３）パウリ効果が強いこと。これらの条件を満たす超伝導体では実現するものとかが得られている。一方で今までのところ明確にFFLOであるという物質はない。Sr2RuO4はこの３つの条件を満たしているのでそこでFFLOが見つかる可能性は十分にある。この目標に向かって研究を推進する所存である。今までのところで幾つかの前駆的な現象は見つかっているので、それを基礎として積極的に実験をデザインする。一方で理論的な考察を進め、実験と理論の共同作業の中でFFLOの同定を図る。
UBe13は高ドーピング域で２段転移が消失し、単一の超伝導相になるこの相については現在までほとんど実験がなされていない。上述の我々の理論に従えばこの相はUBe13と同一の超伝導相とみなすことができる。次年度においてはこの仮設の実験的、理論的な検証を行いたい。最近共同研究者がこのドーピング領域の単結晶の育成に成功したので精密実験の進展が期待できる。それに呼応した理論的な考察を進める所存である。
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| Causes of Carryover |
ほぼ計画通りの使用額になったが、細かな差は生じた。
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[Journal Article] Searching for gap zeros in Sr2RuO4 via field-angle-dependent specific-heat measurement2018
Author(s)
Shunichiro Kittaka, Shota Nakamura, Toshiro Sakakibara, Naoki Kikugawa, Taichi Terashima, Shinya Uji, Dmitry A. Sokolov, Andrew P. Mackenzie, Koki Irie, Yasumasa Tsutsumi, Katsuhiro Suzuki, and Kazushige Machida
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Journal Title
J. Phys. Soc. Jpn.
Volume: 87
Pages: 093703 1-5
DOI
Peer Reviewed / Int'l Joint Research
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