2019 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 / ギャップ構造 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
今年度においては主としてSr2RuO4と新たに俎上にのぼってきたUTe2に着目して研究を進めた。前者については当該研究課題の出発以来の物質であり従来から研究を継続した。スピン一重項シナリオを確定すべく、ギャップ構造の決定を実験グループとの共同研究の下で遂行した。低温での角度分解比熱実験をSr2RuO4に対して実行した。その結果、面内４回比熱振動を観測した。しかし縦状ノードに期待される低磁場、低温での振動の符号変化は最低温80mKまで見られなかった。これはd波等にある縦状ノードはこの系に存在しないことを意味しており、水平ラインノードが存在する可能性を示唆するものである。さらに実験を高磁場に拡張することによってHc2の直下に異常な符号変化が観測された。この事実は従来の理論では説明のつかない現象であり、これを理解するための理論を展開した。考えうるもっとも可能性の高いものはスピン一重項超伝導体に特有のFFLO状態である。それを立証するための微視的な理論を構築した。
この理論を実験的に検証するために磁歪測定を実行した。磁歪は相転移現象の検出に敏感な手段であることが知られているので、これによって高磁場におけるFFLO転移を観測することを試みた。その結果、先の４回振動に符号変化が起きた磁場、温度の領域に対応した場所で磁歪が異常を示すことが分かった。
UTe2は一昨年に新たに見つかった重い電子系超伝導体であり、最近大きな話題を呼んでいる物質である。強磁性ゆらぎの下で発現する超伝導体であり３重項対が安定化する可能性が高い。当該課題下でもこの物質を取り上げギャップ構造等の解明に努めた。
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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
当初計画していた物質系Sr2RuO4, CeCoIn5, (UTh)Be13に加えて新たな超伝導体UTe2が発見された。この物質は当該課題の目標を達成する上で格好の物質である。即ち理論構築の検証にとって大切な超伝導体であるので、上記超伝導体に加えてUTe2にも注力した。ギャップ構造と共に超伝導対称性を特徴づけるクーパー対のスピン対称性の決定は確立した方法がない。この物質の研究を通してその課題にも挑戦する所存である。現時点ではこの物質はp波対称のカイラル超伝導状態が実現しているものと考えられる。実際、（１）Hc2が結晶軸のすべての方向でパウリ極限を超えていること。（２）磁場、圧力、温度の作る３次元空間の中で多重相が見出されていること。（３）STM実験によって局所状態密度のスペクトルが境界線上でカイラル性を示すこと等によってカイラルp波状態が有力である。これをさらに強固なものにするために角度分解比熱実験を行った。その結果この超伝導体はa軸方向にポイントノードが存在することを明らかにした。従って対関数はp_b+ip_cの形に書けることが判明した。
当該課題の最終年度にあたり、Sr2RuO4, CeCoIn5, (UTh)Be13と新たなUTe2とを総合的に考察し、非従来型超伝導体の対関数の同定の一般論の構築に努める予定である。
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| Strategy for Future Research Activity |
上述したように、当初計画は概ね順調に進行しているので最終年度に於いては計画全体を俯瞰しつつ、やり残した課題をこなす。Sr2RuO4とCeCoIn5についてはFFLO同定の作業を更に進める。Sr2RuO4については磁歪実験によってFFLO領域は確定したのでその磁場と温度域に対してSTM実験を計画している。ab面に平行に磁場を印可した状況で面に横たわった磁束線群に直交するFFLOのドメインをSTM-STSによって検出する。そのための理論計算を進める。また磁場を面内に回転しながら熱伝導率を測定し、ドメインのswitching現象を観測する。これら２つの実験は立ち上がり準備は進行中である。
CeCoIn5においては小角中性子散乱実験を計画する。磁場をc軸に印可した時にHc2=5T近傍に存在すると目されているFFLO状態を検出することを目標とする。理論計算は既に終えているので実験グループの組織化を計画する。UThBe13についても２段超伝導転移の原因を特定するための理論と実験を計画中である。特にThのオーバードープ域における２段転移の本質の解明はこの系の全体像を把握するためには決定的である。
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