Metamagnetism and superconducting transition in uranium-based novel heavy fermion superconductors

2022 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 20K03854
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Section: 一般
• Review Section: Basic Section 13030:Magnetism, superconductivity and strongly correlated systems-related
• Research Institution: The University of Tokyo
• Principal Investigator: Miyake Atsushi 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: UTe2 / スピン三重項超伝導 / メタ磁性転移 / 磁気熱量効果 / キャパシタンス温度計 / 磁歪

Outline of Final Research Achievements

In this study, we investigated the properties of the spin-triplet superconductor UTe2 using a pulsed-high magnetic field to elucidate the superconducting properties and the mechanism of superconductivity, which changes significantly near the metamagnetic transition. In UTe2, superconductivity is either suppressed or induced at the metamagnetic transition, depending on the direction of the applied magnetic field. We found that the electronic specific heat coefficient decreases discontinuously in the former field direction and increases in the latter field direction by simultaneous magnetization and sample temperature measurements. Furthermore, we reveal an anisotropic lattice distortion associated with the metamagnetic transition. Based on the itinerant and localized duality picture of uranium 5f electrons, we propose that a valence change of uranium accompanies the metamagnetic transition.

Free Research Field

固体物理

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

スピン三重項超伝導は、量子コンピューターへの応用が期待されるトポロジカル超伝導の舞台として注目されている。さらに、磁場によってメタ磁性転移が起き、超伝導特性に大きく影響している。本研究を通じて、超伝導が消失する磁場方向では電子比熱係数が減少し、誘起される方向では増大することを明らかにし、メタ磁性転移はウランの価数転移であることを提案した。高磁場領域での物性が明らかになったことは、理論的な理解にも繋がる重要な成果である。さらに、このような成果はパルス強磁場中での実験手法の発展によって初めて成し得たものであり、今後の強磁場研究に大きく貢献できることが期待できる。