2021 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, 総合科学技術研究機構, プロジェクト研究員 (50025491)
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| Project Period (FY) |
2017-04-01 – 2023-03-31
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| Keywords | 非自明超伝導体 / 重い電子系超伝導体 / カゴメ金属 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
非自明超伝導体物質を個々に取り上げながらそのクーパー対の対称性の研究、とりわけギャップ構造の同定に努めた．幾つかの典型的な非自明超伝導体、K2Cr3As3、CeRh2As2, CsV3Sb5, UTe2, UCoGeを研究対象に選び実験グループとの連携の下に理論サイドからの研究を遂行した．D3hの結晶対称性を有するK2Cr3As3は先年NMR実験によるナイトシフト測定が行われた．その結果c軸方向の磁場下でナイトシフトは２段転移を示した．即ち磁場一定下で温度降下と共にTc1においてはナイトシフトは減少せず更に低温のTc2において減少を開始する．これは(H,T)の平面において低磁場相SC1と高磁場相SC2の異なる超伝導相が存在することを意味する．SC1はパウリ抑制が効いているのに対してSC2のHc2はそれを遥かに越えた値をとる．面内方向のHc2もパウリ極限を超える．以上を勘案するとこの系はスピン三重項状態である可能性が高い．D3hの分類においてE2uの既約表現の基底関数は(a+ib)pcと(pa+ipb)cの２つが存在する．これらの状態は同一のTcを持って縮退している．SC1に(pa+ipb)cをSC2に(a+ib)pcを対応させるとH//cの磁場下でSC1の(pa+ipb)cは低磁場で安定化し、ラインノードをもつ(a+ib)pcは高磁場のおいて安定になることが分かる．即ち磁場下でchiral-nonchiral転移が起き、２段転移を説明する．面内の磁場に対するSC1の(pa+ipb)cはパウリ抑制はないことも明らかであり、H//cに対してSC1はパウリ抑制されることも実験と符合する．上述の物質UTe2, UCoGeについてはGinzburg-Landau理論を援用しながら解析を進め、実験グループによる検証を行った．全般的な状況としては概ね理論は実験の検証に耐えている．
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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
上に述べた５つの物質の中で現在最も興味を持って取り組んでいる系の一つであるCeRh2As2について進捗状況を述べる．この超伝導体はD4h対称の物質でH//cに対して２段転移らしきものを示し、大方の興味を集めている．Hc2はPauri極限を遥かに越えていて三重項状態を思わせる．しかし、ごく最近のナイトシフト実験によると低磁場でも高磁場でもシフトは減少し、三重項状態の徴候は見出されなかった．H//abではHc2は明らかにパウリリミット内にあるので両方位ともTc以下でスピン帯磁率は減少する．従って三重項状態説は否定できる．一重項状態でパウリ極限を越えるHc2を説明できるシナリオはいくつかあるがここではJaccarino-Peter効果を考える．即ち局在したCeの4fモーメントが外部磁場を打ち消すように働き有効磁場を小さくすると考える．この考えを検証する手段は幾重にも考えることができるが現実の状況を慎重に検討しながら有効な実験を提案することはそれほど容易なことではない．現在計画しているのは磁化測定である．マクロな磁化から有効磁場を検出できるのかを調べるための微視的な理論計算を並行して行う予定である．実験は研究協力者が遂行する準備をしている．理想的には小角中性子散乱実験によって有効磁場を渦格子の間隔として観測するのが直接的な実験となるが、これには大型の結晶が必要である．当該研究課題の中で、それが入手できた場合はこの直接実験を計画する．
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| Strategy for Future Research Activity |
カゴメ金属超伝導体CsV3Sb5、重い電子系超伝導体UCoGe, UTe2もそのギャップ構造は同定を行うための興味深い物質系である．これらについても上述物質に並行して研究を推進する．理論的な考察はUCoGeとUTe2がこれらの物質系の中では最も進んでいる．この磁性超伝導体は三重項状態が確定的で特に後者は圧力下で多重相図を示しオーターパラメーターがいくつもの内部自由度を有していることは明らかである．これらの系に対して実験グループの協力の下でノード構造の同定のための様々な実験を遂行しつつある．磁場回転比熱実験によってUTe2が点状ノードをa軸方向に持つことを明らかにした．同時に強磁性超伝導体URhGeとUCoGeとその類縁物質UTe2の対関数の対称性の解析を行い、論文として出版した．これを受けて今後以下のことを計画している．上にやや詳しく述べたK2Cr3As3とCeRh2As2については本年度以降順次研究を展開する．前者は試料が空気中で劣化するという技術的な困難があり、後者は試料作成そのものが困難である．しかし実験グループの協力下で何とか実験を進めたい．そのための理論的なバックアップと実験結果に対する解釈を行う．タイムリーで決定的な実験のデザインはその点でも重要である．こうした個別的な作業の中で物質共通の側面、即ちスピン三重項状態を生み出す対形成の生成機構の解明を行う．また対関数の同定を行う際の群論を用いた対称性の分類に潜む落とし穴、特にP.W. Andersonによる強いスピン軌道結合の強い極限からのアプローチを批判的に再検討する．このアプローチ、即ちAnderson Dogmaの破綻は既にあちこちでみられる．UTe2における実験的に観測されたd-vectorの回転現象はそのアプローチではあり得ないことからも明らかである．
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| Causes of Carryover |
コロナ蔓延の影響で計画していた国内外の研究連絡等が取りやめとなり全体の計画を一年延長した. 次年度においてはこれら予定されていた研究打ち合わせを実行して申請課題を遂行する.
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Research Products
(1 results)
