2019 Fiscal Year Annual Research Report
スピン三重項状態を持つ強磁性超伝導体のトポロジカル物性とフェルミ面
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19H00646
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| Research Institution | Tohoku University |
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Principal Investigator |
青木 大 東北大学, 金属材料研究所, 教授 (30359541)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
本多 史憲 東北大学, 金属材料研究所, 准教授 (90391268)
仲村 愛 東北大学, 金属材料研究所, 助教 (30756771)
清水 悠晴 東北大学, 金属材料研究所, 助教 (90751115)
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| Project Period (FY) |
2019-04-01 – 2023-03-31
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| Keywords | スピン三重項 / 超伝導 / 磁場再突入型超伝導 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
新奇スピン三重項超伝導体UTe2の研究が大きく進展した。UTe2は、極低温まで磁気秩序を示さない常磁性体であるが、強磁性磁気秩序寸前の重い電子系であるとみなされている。UTe2の大型純良単結晶育成に成功し、極限環境下の電気抵抗、比熱、磁化測定などを行った。顕著な成果を挙げると、1)超伝導転移温度に対して極めて高い上部臨界磁場と磁場再突入型超伝導を見出した。2)高圧下で多重超伝導相が発現することを発見した。3)高圧下の低温、強磁場領域で上部臨界磁場が急激に上昇を観測し、これが多重超伝導相によるものであることを明らかにした。
1)については、磁場を磁化困難軸方向のb軸方向に加えることで、35Tまでの磁場再突入型超伝導を見出した。また35Tでメタ磁性による一次転移がおき電子状態が劇的に変わること。そのために超伝導が突然破壊されることがわかった。
2)については、圧力下で交流比熱測定を行うことで0.25GPa以上の圧力で超伝導転移温度が分裂することをバルクの性質として明らかにした。
3)については、磁場を磁化容易軸のa軸方向に加えながら交流比熱測定を行うことで、磁場中で多重超伝導相が現れ、上部臨界磁場の急激な上昇として観測されることがわかった。
以上の成果は、原著論文としてまとめられ、そのうちの一部の論文は注目論文としてEditors' Choiceに選ばれた。また、プレス発表を行い、新聞等にも掲載された。磁場再突入型を含む大きな上部臨界磁場と多重超伝導相は、UTe2がスピン三重項超伝導であることを示す有力な証拠である。これらの成果は、日仏の緊密な国際共同研究により得られたものである。
国内においては、UTe2の純良単結晶が熱伝導度、NMR、パルス教磁場実験、光電子分光、角度分解磁場中比熱などの実験に提供され、それぞれ成果を挙げた。また、これらの実験結果から理論研究も進展した。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
1: Research has progressed more than it was originally planned.
Reason
強磁性超伝導についての研究課題であったが、強磁性磁気秩序寸前の新物質が発見され、さまざまな新現象が明らかになった。当初予定していた以上の大きな成果である。スピン三重項超伝導のもとで強磁性ゆらぎとフェルミ面の不安定性を起源とした高い上部臨界磁場が説明できると考えていたが、UTe2の研究を通して、それ以外のさまざまなゆらぎが複雑に絡み合っていることがわかった。温度、磁場、圧力などの外部パラメータによって、このゆらぎがチューニングできることがわかり、それが新現象発見につながっている。UTe2の物性を明らかにすることは、トポロジカル超伝導の解明にも繋がっており、大きな波及効果をもたらしている。
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| Strategy for Future Research Activity |
UTe2の研究をさらに加速させる。最も重要なターゲットは、純良な単結晶を得て、量子振動効果によるフェルミ面観測を行うことである。現在、さまざまな試行錯誤をしながら試料の純良化を行っているところである。また、超伝導が壊れる臨界圧力近傍での超伝導の振る舞いを明らかにすることも重要である。c軸方向の上部臨界磁場は、臨界圧直下でほとんど温度依存性を示さないほど高い値を保っており、これを臨界圧の前後で詳細に調べることで磁場誘起超伝導の発現が期待される。さらに、圧力下の磁化率測定を行い、磁気異方性の詳細な実験を予定している。これにより、臨界圧を超えて出現する磁気相の詳細が明らかになる予定である。
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[Journal Article] The f-electron State of the Heavy Fermion Superconductor NpPd5Al2 and the Isostructural Family2020
Author(s)
N. Metoki, A. A. Aczel, D. Aoki, S. Chi, J. A. Fernandez-Baca, J.-C. Griveau, M. Hagihala, T. Hong, Y. Haga, K. Ikeuchi, Y. Inamura, K. Kamazawa, R. Kajimoto, H. Kitazawa, T. Masuda, M. Matsuda, M. Nakamura, J. Ohtsuki, D. Pajerowski, H. S. Suzuki, E. Yamamoto, H. Yamauchi
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Journal Title
JPS Conference Proceedings
Volume: 30
Pages: 011123
DOI
Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
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[Journal Article] Spin-Triplet Superconductivity in UTe2 and Ferromagnetic Superconductors2020
Author(s)
Dai Aoki, Ai Nakamura, Fuminori Honda, DeXin Li, Yoshiya Homma, Yusei Shimizu, Yoshiki J. Sato, Georg Knebel, Jean-Pascal Brison, Alexandre Pourret, Daniel Braithwaite, Gerard Lapertot, Qun Niu, Michal Valiska, Hisatomo Harima, and Jacques Flouquet
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Journal Title
JPS Conf. Proc.
Volume: 30
Pages: 011065
DOI
Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
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[Journal Article] Unconventional Superconductivity in Heavy Fermion UTe22019
Author(s)
Aoki Dai、Nakamura Ai、Honda Fuminori、Li DeXin、Homma Yoshiya、Shimizu Yusei、Sato Yoshiki J.、Knebel Georg、Brison Jean-Pascal、Pourret Alexandre、Braithwaite Daniel、Lapertot Gerard、Niu Qun、Valiska Michal、Harima Hisatomo、Flouquet Jacques
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Journal Title
Journal of the Physical Society of Japan
Volume: 88
Pages: 043702
DOI
Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
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