2020 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 | 強磁性 / 超伝導 / トポロジー / フェルミ面 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
ウラン化合物はスピン軌道結合が大きく、遍歴・局在の中間的な性質を持つ5f電子のために多彩で魅力的な物性が知られている。とくに強磁性超伝導体UGe2, URhGe, UCoGeは強磁性スピンゆらぎによってスピン三重項超伝導が実現しており、磁場誘起(強化)型超伝導を示すなどその特徴は際立っている。本研究はの目的は、強磁性量子臨界終点近傍において、これまで理解されてこなかった電子系における対称性の破れを、リフシッツ転移、ネマティッ ク状態、ポメランチュク不安定性をキーワードに、量子振動効果によるフェルミ面観測から明らかにすることである。さらに、スピン三重項超伝導が実現しているこれらの物質で、トポロジカル超伝導というあらたな視点に基づいた超伝導研究を行うことである。
当該年度は、強磁性超伝導体と同様に、磁場再突入型超伝導など、特徴ある超伝導を示すUTe2の研究が大きく進展した。UTe2は、常磁性の重い電子系超伝導体として2018年末に発見された新しい超伝導体である。強磁性超伝導との比較により、強磁性磁気秩序寸前の物質と当初考えられてきたが、強磁性ゆらぎは実験的に確立していない。その一方で、反強磁性の磁気励起が非弾性中性子散乱により、見出されている。強磁性、反強磁性、価数などの多彩なゆらぎが組み合わさって超伝導を生み出していると考えられる。
UTe2について多くの重要な成果が論文として発表されたが、その中でも最も顕著な成果は圧力下、磁場中の多重超伝導相の発見である。0.3GPaのわずかな圧力で、超伝導転移温度は分裂する。その圧力で、磁場を磁化容易軸方向に加えると、上部臨界磁場が低温で急激に上昇することを見出した。これが、分裂した下部の超伝導転移温度から伸びており、多重超伝導相を形成していることを交流比熱測定から明らかにした。スピン、軌道の自由度を持つ、スピン三重項超伝導の特徴を捉えた。
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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
当初予想していなかったUTe2の多重超伝導が熱力学的な物理量で明瞭に観測されたことは、大きな成果である。成果をまとめた論文は、注目論文として取り上げられ、プレス発表も行われた。純良単結晶が得られたことが重要なポイントである。また、これまでの極限環境下の実験技術の蓄積により、高精度の実験が行われたことも大きい。さらに、この研究は、フランスのCEA-Grenobleの研究者らと国際共同研究として進めている。国内外の共同研究者の総力を結集した研究である。多重超伝導の実験結果が明らかになったことにより、複数の理論グループからモデル計算が行われ、超伝導秩序パラメーターの違いとして説明がなされるなど、この分野の研究のさらなる発展につながっている。
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| Strategy for Future Research Activity |
UTe2の純良単結晶育成と高圧下の物性測定をさらに進める。超伝導が破壊される臨界圧力は1.5GPaと低いために、ピストンシリンダー型圧力セルによるさまざまな実験が可能である。臨界圧を超えた磁気相の同定も行う。また、臨界圧近傍で強磁場を加えることで、新奇な物理現象の探索を行う。純良単結晶育成の最適化を図り、ドハース・ファンアルフェン効果によるフェルミ面の観測を目指す。
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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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