Spin-triplet superconductivity on Uranium-based compounds

2023 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 20H00130
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (A)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Section: 一般
• Review Section: Medium-sized Section 13:Condensed matter physics and related fields
• Research Institution: Kyoto University
• Principal Investigator: Ishida Kenji 京都大学, 理学研究科, 教授 (90243196)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 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, リーダー (00354902) ; 青木 大 東北大学, 金属材料研究所, 教授 (30359541) ; 北川 俊作 京都大学, 理学研究科, 准教授 (50722211)
• Project Period (FY): 2020-04-01 – 2024-03-31
• Keywords: スピン三重項超伝導 / ウラン化合物超伝導体 / 核磁気共鳴 / スピン磁化率

Outline of Final Research Achievements

UTe2 (uranium-tellurium-2), whose superconductivity was discovered in 2018, increases its superconductivity in high magnetic fields above 15 Tesla or higher, and can survive up to 35 T. The superconducting (SC) transition temperature also increases by applying pressure, and after superconducting multiphase behavior, superconductivity disappears at 1.5 GPa.We investigated the behavior of superconducting multiphases observed in high magnetic fields and high pressures by nuclear magnetic resonance experiments with 125Te nuclei, and found that the SC states with different spin states are realized in the SC multiphases. It was revealed that the SC states observed have similar properties. It has been revealed that UTe2 is a spin triplet superconductor with a spin degree of freedom, and its properties are different from conventional superconductors with spin singlet pairing.

Free Research Field

低温物性測定

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

我々の本科研費期間中に行った研究によって、スピン三重項超伝導候補物質UTe2において見られた超伝導多重相は少なくとも2種類のスピン状態性の異なる超伝導状態から構成されていることが明らかになり、UTe2がスピン三重項超伝導体であることが明らかになった。スピン三重項対による超伝導状態はヘリウム3の超流動状態とも多くの類似性を持ち、スピンの自由度を持つ量子凝縮相として大変興味深い。基礎物理の観点だけでなく、量子コンピューターへの応用も期待できる量子状態であり、今後更なる物性を明らかにしていく必要性がある。スピン三重項を確定づける結果が得られ大変意義深いと考えている。