2019 Fiscal Year Research-status Report

Superconductivity in new type of noncentrosymmetric crystal structure compounds

Research Project

Project/Area Number	19K03755
Research Institution	National Institute for Materials Science
Principal Investigator	磯部雅朗国立研究開発法人物質・材料研究機構, 機能性材料研究拠点, グループリーダー (10354309)
Co-Investigator(Kenkyū-buntansha)	新井正男国立研究開発法人物質・材料研究機構, 技術開発・共用部門, ステーション長 (40222723)
Project Period (FY)	2019-04-01 – 2022-03-31
Keywords	超伝導 / 強相関電子系 / 空間反転対称性 / 電子構造
Outline of Annual Research Achievements	“空間反転対称性の破れた超伝導”、即ち、対称中心の無い空間群を持つ物質の超伝導状態に於いては、反対称スピン軌道相互作用の効果によって、①クーパー対波動関数のパリティ混合状態、②上部臨界磁場のパリティ極限の増大が期待される。近年、本課題代表者は、5d遷移金属のIrを主構成元素とする低い結晶対称性（空間群：C222）を持った新型結晶構造の超伝導体BaIrSi2を合成発見した。本研究課題では、新超伝導体BaIrSi2の良質試料作成、及び、詳細な物性解析を行い、その超伝導状態を明らかにすることを目的とする。これにより、空間反転対称性の破れた超伝導固有の特徴をより深く理解し、さらなる新規超伝導体の設計に繋げる。令和元年度は、試料合成法の再検討を行い、ほぼ単相の試料を合成することに成功した。Rietveld構造解析による構造パラメータの精密化、及び、電気抵抗測定・磁化率測定による超伝導転移温度と超伝導体積分率の決定を行った。結果、ほぼ100%のマイスナー分率試料であること、Tc～6 K, Hc2(0)～6 Tであることを確認した。さらに、超伝導状態をより詳しく調べるために低温比熱測定を行った。その結果、本系の超伝導は、比熱の跳びΔCel(Tc)/γnTc～1.65、電子格子結合定数λep～0.8の中間的な結合力を持ったクーパー対によるものであり、フェルミ面にノードを持たないフルギャップ超伝導であることが推測された。比熱測定により得られた主な超伝導パラメータは次の通り。Tcbulk = 5.8 K, Hc1～4 G, Hc2～6 T, GLパラメータκGL～90, コヒーレンス長ξ～7 nm, 磁場侵入長λ～0.6μm。また、電子比熱係数γn～5.5 mJ/mole K2, デバイ温度ΘD～300 Kと求められた。電子相関は弱く、BCS型（中間結合）超伝導体の一種と考えられる。
Current Status of Research Progress	Current Status of Research Progress 2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned. Reason 令和元年度は、試料合成法の再検討を行い、ほぼ単相の試料を合成することに成功した。結晶構造パラメータの精密化、及び、電気抵抗測定・磁化率測定による超伝導転移温度と超伝導体積分率の決定を行った。結果、ほぼ100%のマイスナー分率試料であること、Tc～6 K, Hc2(0) ～6 Tであることを確認した。さらに、低温比熱測定を行った結果、本系の超伝導は、電子格子結合定数λep～0.8程度の中間的な結合力を持ったクーパー対によるものであること、フェルミ面にノードを持たないフルギャップ超伝導であることが推測された。本物質の超伝導パラメータは次の通りである：Tcbulk = 5.8 K, Hc1～4 G, Hc2～6 T, GLパラメータκGL～90, コヒーレンス長ξ～7 nm, 磁場侵入長λ～0.6μm、電子比熱係数γn～5.5 mJ/mole K2, デバイ温度ΘD～300 K。電子相関は弱く、BCS型（中間結合）超伝導体に分類されると考えられる。これらの結果は、日本物理学会2019年秋の分科会（岐阜大学）、及び、強相関国際会議SCES2019（岡山コンベンションホール）にて報告された。ここまでの研究で、BaIrSi2の超伝導基礎物性はほぼ解明された。
Strategy for Future Research Activity	BaIrSi2の超伝導状態をmicroscopicな手法を用いて明らかにする。ゼロ磁場ZF-μSR測定により、超伝導状態での自発磁化、即ち、時間反転対称性の破れの有無を観測する。また、横磁場TF-μSR測定により、Asymmetryの緩和率σの極低温での温依存性を測定することで、超伝導ギャップ状態を観測する。μSR実験については、共同研究により既に一部、実験を開始した。他方、NMR実験についても準備を開始する。
Causes of Carryover	R1年度は、合成実験・物性測定実験・計算実験などを中心に行ったが、これまでに備蓄していた消耗品や既設の装置・設備を使って進めることができたため、新たに物品等を買い足す必要がなかった。結果的に、実支出無しで研究を進めることができた。（使用計画）次年度への繰越金は、実験器具や消耗品の購入、研究成果整理のための費用、論文投稿費用、学会参加費、旅費などに充当する予定である。