2019 Fiscal Year Research-status Report
Microscopic investigation of ferromagnetic superconductivity under uniaxial stress
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19K03726
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| Research Institution | Japan Atomic Energy Agency |
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Principal Investigator |
徳永 陽 国立研究開発法人日本原子力研究開発機構, 原子力科学研究部門 原子力科学研究所 先端基礎研究センター, 研究主幹 (00354902)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
青木 大 東北大学, 金属材料研究所, 教授 (30359541)
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| Project Period (FY) |
2019-04-01 – 2022-03-31
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| Keywords | 強磁性超伝導 / 核磁気共鳴 / ウラン系化合物 / 一軸圧 / スピン三重項超伝導 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
「磁気ゆらぎによる超伝導」という概念は、強相関電子物性の全般を貫くものである。この概念は現在、広く受け入れられているが、一方でそれを実験で証明するのは簡単ではない。強磁性的なゆらぎと超伝導が強く結びついたウラン系強磁性超伝導は、その格好の舞台を提供している。最近、強磁性超伝導体のひとつであるURhGeにおいて、 外部から結晶にわずかな歪みを与えることで、超伝導転移温度が最大で約2.5倍も上昇することが発見された。本研究ではこの極めてユニークな特性を利用して、新奇な強磁性超伝導の発現機構の解明を行うことを目的としている。
研究初年度となる令和元年は、まず強磁性秩序相における内部磁場を利用してゼロ磁場下でNMR (=NQR)測定を行なった。ゼロ磁場での実験は磁場の直接的影響を排除できるため、常に超伝導理解の出発点となる。このゼロ磁場下での実験は一軸圧に関して独自の技術を持つフランスCEA研究所で行なった。 本研究では一軸圧下で物質内の磁場揺らぎの微小な変化をいかに正確に測定するかという点が重要となる。そのためNMRで観測可能な73Ge同位体濃度を自然存在比の7.7%から90%以上に濃縮したURhGe 単結晶を準備し、高精度での73Ge核NMR測定を行なった。希釈冷凍機を用い、異なる一軸圧下でNMRスペクトルおよびNMRスピン-スピン緩和時間(T2) を測定し、物質中の内部磁場、電場勾配、および強磁性揺らぎのエネルギー変化を調べた。その結果、一軸圧下では内部磁場が連続的変化している一方で、c軸方向の磁気的な揺らぎには大きな変化は見られないことが分かった。本年度はさらに平成30年度末に新たに発見されたウラン系強磁性超伝導体UTe2についてTe核のNMR実験を行なった。単結晶でのNMR信号の観測に成功し、低温での磁気揺らぎの特異な振る舞いと超伝導特性を明らかにした。
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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
まず当初の予定通り、73Ge同位体濃度を自然存在比の7.7%から90%以上に濃縮したURhGe 単結晶を準備し、高精度での73Ge核NMR測定を一軸圧下で行うことが出来た。期待していた一軸圧力印加に伴う物質中の内部磁場、電場勾配、および磁気的な揺らぎのエネルギー変化を直接観測することが出来た。さらに昨年度末に新たに発見されたウラン系超伝導体のNMR実験を世界に先駆けて行なった。その結果、この物質の磁気揺らぎの特異な振る舞い、およびスピン三重項超伝導状態を微視的観点から初めて明らかにした。その成果を2本の原著論文として発表した。
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| Strategy for Future Research Activity |
強磁性超伝導の発現機構の解明のため引き続きURhGeに一軸圧下でのNMR実験を進める。同時にピエゾ素子を使った一軸圧システムの開発を進める。また関連化合物として新しいウラン系強磁性超伝導体UTe2のNMR実験を強磁場中で行う。最近UTe2では強磁場中で超伝導の増強現象が確認されており、その起源をNMRにより探る。
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| Causes of Carryover |
新型コロナウィルスの影響で物理学会が中止になったため。またNMR実験の進捗状況を考慮し、予定していた液体ヘリウム等の物品購入を次年度以降に延期したため。次年度使用額は翌年度分として請求した助成金と合わせて、実験の再開時の液体ヘリウムおよび必要物品の購入、旅費に充てる。
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[Presentation] 一軸歪みを利用した強磁性超伝導体URhGeのNMR研究2020
Author(s)
徳永陽, 青木大, Daniel Braithwaite, Georg Knebel, Jean-Pascal Brison, Alexandre Pourret, Gerard Lapertot, Qun Niu, Michal Valiska, Jacques Flouquet, 酒井宏典, 神戸振作
Organizer
日本物理学会 第75回年次大会
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[Presentation] 125Te-NMRによる新奇ウラン系超伝導体UTe2の磁気揺らぎの研究2019
Author(s)
徳永陽, 酒井宏典, 神戸振作, 服部泰佑, 比嘉野乃花, 仲嶺元輝, 北川俊作, 石田憲二, 仲村愛, 清水悠晴, 李徳新, 本間佳哉, 本多史憲, 青木大
Organizer
日本物理学会 2019年秋季大会
