2020 Fiscal Year Research-status Report
Metamagnetism and superconducting transition in uranium-based novel heavy fermion superconductors
| Project/Area Number |
20K03854
|
|---|
| Research Institution | The University of Tokyo |
|---|
Principal Investigator |
三宅 厚志 東京大学, 物性研究所, 助教 (10397763)
|
|---|
| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
青木 大 東北大学, 金属材料研究所, 教授 (30359541)
|
|---|
| Project Period (FY) |
2020-04-01 – 2023-03-31
|
| Keywords | メタ磁性転移 / 超伝導 / 強磁場 |
|---|
| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では、スピン3重項超伝導におけるメタ磁性転移と超伝導の関連性を明らかにすることを目標としている。本年度はパルス磁場中での磁気熱量効果の測定技術開発を行なった。抵抗温度計に比べて、磁場の影響が少ない非磁性ペロブスカイト強誘電体からなるキャパシタンス温度計を開発した。強誘電体を合成し、61 Tまでキャパシタンスの磁場変化が温度変化に比べて、無視できるほど小さいことを確かめた。それを用いて、磁気熱量効果、さらには、磁化と磁気熱量効果の同時測定技術を確立できた。
これらの手法を用いて、スピン3重項超伝導候補物質UTe2とURhGeの磁化、磁気熱量効果の同時測定に取り組んだ。UTe2は常磁性、URhGeは強磁性超伝導という本質的な違いがあるが、類似の超伝導相図を持つ。両者ともメタ磁性転移、磁場によって超伝導相が安定化することが分かっている。URhGeでは磁場方向を変えるとメタ磁性磁場が変化し、それに引きづられるように超伝導相がシフトする。一方、UTe2では、b軸方向の磁場ではメタ磁性転移によって超伝導相が抑制されるが、b軸からc軸に30度ほど傾けると逆にメタ磁性転移に伴い超伝導相が再出現する興味深い現象が報告されている。
同時測定の開発により、より正確な議論を可能にした。超流動ヘリウム中ではメタ磁性磁場までほぼ等温で磁化測定が行われていることが分かった。しかし、UTe2ではメタ磁性転移で発熱を伴う磁気熱量効果を観測した。さらに、ヘリウムガス雰囲気中での測定では、メタ磁性転移磁場に向かって、エントロピー増大に対応する大きな温度減少を観測し、過去に得られた電子比熱係数の増大と一致する結果を得た。一定磁場下における磁化の温度依存性、磁場－温度相図をより正確、定量的に決定できるようになった。これらの結果と熱力学の関係式を用いて、メタ磁性転移に伴う電子状態の変化の議論を行っている。
|
| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
本年度はパルス磁場中での磁気熱量効果と磁化の同時測定という、今までにない新しい実験手法を確立した。今まで用いていたキャパシタンス温度計は30 K以下での使用に限られていたために、新たに組成を変えた強誘電体を合成した。予想より順調に合成ができ、パルス磁場中で十分使用可能であることが分かった。同時測定開発の対象試料として当初予定していなかったURhGeを用いた。試行錯誤の際に、頻繁に試料を大気に暴露する必要があるために、劣化や破損の恐れがあるUTe2より安定であり、さらにメタ磁性磁場が約12 Tと低いURhGeを選んだ。さらに、類似の相図を持つことからUTe2と比較することでより深い知見が得られることが期待できる。URhGeを用いて磁気熱量効果と磁化の同時測定の手法を確立できた。さらに、UTe2の同時測定にも取りかかることができ、今まで不確かさが大きかった試料の温度を定量的に見積もることができるようになった。また、今まで行ってきたマクスウェルの関係式からの電子比熱係数の磁場依存性を見積もる方法では、一次転移での不連続な変化は評価できなかった。同時測定により、一次転移に伴う磁化の飛び、磁気相図を正確に決定できるので、熱力学の関係式から、一次転移に伴う不連続変化を議論できることになった。
一方、本年度予定していたUTe2の体積磁歪測定に関しては取り組めていない。線磁歪測定用のキャパシタンスセルは作製できたが、試料の取り扱いについて検討を行っている。試料が大気不安定、破損すること、体積磁歪の見積もりのためにキャパシタンスセルから試料を取り外す方法など試料の取り扱い法を模索している。
磁気熱量効果に関しては、計画以上の進展と言えるが、磁歪測定が遅れているため、上記のように進捗状況を判断した。
|
| Strategy for Future Research Activity |
UTe2のb軸とb軸からc軸へ傾けた方向への磁場印加による磁気熱量効果と磁化の同時測定はほぼ完了している。各磁場における磁化、メタ磁性転移磁場の温度依存性から電子比熱係数の磁場依存性を明らかにする。磁場方向によって、メタ磁性転移で抑制される超伝導相、誘起される超伝導相の違いを電子比熱係数の磁場依存性から議論する。UTe2のメタ磁性転移では磁化や電気抵抗が急激に変化することが分かっており、価数やフェルミ面の変化が指摘されている。そこで、今後は体積磁歪測定を行い、系の対称性の変化、体積変化の有無を明らかにする。具体的には直方晶結晶の各結晶軸方向の線磁歪を測定し、体積磁歪を求める。そのため、同じ試料で各方向の線磁歪を測る計画をしていた。しかし、磁場印加、温度変化に起因すると思われる試料の破損が頻繁に起きており、実験に躊躇している。そこで、各軸方向の線磁歪測定を別々の試料で行うことも検討する。前期は磁歪測定用に整形した試料を用いて、磁歪測定を行う。その実験と平行して、新たな試料の準備を行う。
URhGeに関してもデータが揃いつつある。スピン再配列によるメタ磁性転移によって、超伝導が誘起されることが分かっていて、その発現機構の一つとして、有効質量の増大が考えられている。。磁場方向によってメタ磁性転移磁場、それに引きずられて、超伝導相がシフトする。磁場角度を変えることで、どのように有効質量が変化するのかを明らかにし、磁場リエントラント超伝導発源機構について言及する。
両者の比較を行い、常磁性、強磁性超伝導、メタ磁性転移の類似、相違点を明らかにし、スピン3重項超伝導の発現機構に迫る。
|
| Causes of Carryover |
計画していた学会参加がオンライン開催になったために、旅費として使用できなかったこと、導入した装置（HIOKI製、メモリハイコーダMR6000）が想定より安価で購入できたことにより、次年度使用額が生じた。次年度では本年度導入したMR6000の高機能化に使用する予定である。メモリハイコーダのアップデートが2021年4月末に予定されており、それにより信号発生器を組み込むことが可能となる。その信号発生器を導入することで、より高精度測定を可能にする。旅費に関しては、次年度も情勢によっては未消化になること可能性がある。
|
Research Products
(30 results)
