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2021 Fiscal Year Annual Research Report

Superconducting order parameter and uniaxial-pressure induced magnetic order in layered ruthenium oxide

Research Project

Project/Area Number 21H01033
Research InstitutionNational Institute for Materials Science

Principal Investigator

菊川 直樹  国立研究開発法人物質・材料研究機構, エネルギー・環境材料研究拠点, 主幹研究員 (00442731)

Project Period (FY) 2021-04-01 – 2024-03-31
Keywords超伝導 / ルテニウム酸化物 / 高品質単結晶 / 超伝導対称性
Outline of Annual Research Achievements

本研究「層状ルテニウム酸化物の超伝導秩序変数と一軸圧力誘起の磁気秩序」の目的は,強相関電子系の典型物質であるSr2RuO4の超伝導秩序変数の決定につなげることである.最近,Sr2RuO4の非従来型超伝導状態は,われわれの育成した高品質試料において超伝導転移温度以下でスピン磁化率が減少したことから,スピン一重項状態が実現していることが明らかになった.このことは,Sr2RuO4の超伝導秩序変数について,四半世紀ぶりに再考を促すこととなった.一軸圧力下での実験により,ミューオンスピン緩和実験から,超伝導転移温度と時間反転対称性を破る温度の分離を明確に観測した.また,さらなる1 GPa以上の一軸圧力下で磁気秩序も発見した.一方,比熱測定からはそのような分離が見えてはいない.これらの結果について,今後整合性のある解釈・さらなる研究を進める予定である.2021年度では,研究の根幹をなす結晶育成についても進展できた.Sr2RuO4の本質的な超伝導を観測するには,不純物を徹底的に抑制する必要がある.また,系統的な研究のためには,大型の結晶を得る必要もある.浮遊帯域法での結晶育成について従来の二層型フィラメントにかわる,単層型フィラメントのハロゲンランプの開発に成功した.それにより安定した溶融帯を得ることができた.結果として最大12cmまでの高品質結晶を得られた.この改良ランプは姉妹物質であるCa3Ru2O7の育成にも適応でき,磁気熱量効果から,最近発見した新規磁性相について,熱力学的な相であることを決定づけた.また,磁気熱量効果を用いることで近似結晶における磁気エントロピー変化を初めての評価し,Sr2RuO4 の研究をもとに研究の幅を大きく広げた.今後,これらの成果をもとに,Sr2RuO4 の超伝導対称性の決定ついて,共同研究を含め,多様な研究を展開する予定である.

Current Status of Research Progress
Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

Sr2RuO4の超伝導対称性の決定に向けて,主要な結果と言える,ミューオンスピン緩和実験から超伝導転移温度と時間反転対称性を破る温度が分離することが明確に観測できたこと,一方で,比熱測定からはそのような分離が見えてはいないことを明らかにできたからである.これらの結果は一見,整合性が困難であるが,今後のさらなる研究の土台となりうる.研究の根幹をなす結晶育成についても,ハロゲンランプの改良について論文発表ができた.また,Sr2RuO4の周辺物質についても,これまでにない切り口での研究を展開でき,論文発表をおこなうこともできたからである.

Strategy for Future Research Activity

Sr2RuO4の一軸圧力下でのミューオンスピン緩和実験から,磁気転移を示唆する結果が得られた.この段階では,1GPa以上の1つの圧力下のみの結果であるが,今後,さらなる研究により,この磁気相がどのような相図となるのか調べる必要がある.それにより,銅酸化物や鉄系超伝導体で見られるような,超伝導相と磁性相が隣接するような相図となるのかどうか,新たな展開となりうる.これにより,Sr2RuO4の超伝導について超伝導対称性に密接に関わりのある,他の物質系との普遍性も含め新たな知見が得られると期待できるからである.また,結晶育成についても,さらに大型・高品質性のための育成方法の改善も取り組む予定である.それにより共同研究も含めさらに活発化させる予定である.

  • Research Products

    (9 results)

All 2021 Other

All Int'l Joint Research (1 results) Journal Article (7 results) (of which Int'l Joint Research: 6 results,  Peer Reviewed: 7 results,  Open Access: 2 results) Presentation (1 results) (of which Int'l Joint Research: 1 results,  Invited: 1 results)

  • [Int'l Joint Research] Max Plank Institute (Dresden)(ドイツ)

    • Country Name
      GERMANY
    • Counterpart Institution
      Max Plank Institute (Dresden)
  • [Journal Article] Single-Crystal Growth of Sr2RuO4 by the Floating-Zone Method Using an Infrared Image Furnace with Improved Halogen Lamps2021

    • Author(s)
      Kikugawa Naoki、Sokolov Dmitry A.、Nagasawa Tohru、Mackenzie Andrew P.
    • Journal Title

      Crystals

      Volume: 11 Pages: 392-01~10

    • DOI

      10.3390/cryst11040392

    • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] High-sensitivity heat-capacity measurements on Sr2RuO4 under uniaxial pressure2021

    • Author(s)
      Li You-Sheng、Kikugawa Naoki、Sokolov Dmitry A.、Jerzembeck Fabian、Gibbs Alexandra S.、Maeno Yoshiteru、Hicks Clifford W.、Schmalian Jorg、Nicklas Michael、Mackenzie Andrew P.
    • Journal Title

      Proceedings of the National Academy of Sciences

      Volume: 118 Pages: e2020492118-1~6

    • DOI

      10.1073/pnas.2020492118

    • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] Split superconducting and time-reversal symmetry-breaking transitions in Sr2RuO4 under stress2021

    • Author(s)
      Grinenko V.、Ghosh S.、Sarkar R.、Orain J.-C.、Nikitin A.、Elender M.、Das D.、Guguchia Z.、Bruckner F.、Barber M.E.、Park J.、Kikugawa N.、Sokolov D.A.、Bobowski J.S.、Miyoshi T.、Maeno Y.、Mackenzie A.P.、Luetkens H.、Hicks C.W.、Klauss H.-H.
    • Journal Title

      Nature Physics

      Volume: 17 Pages: 748~754

    • DOI

      10.1038/s41567-021-01182-7

    • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] Evidence for even parity unconventional superconductivity in Sr2RuO42021

    • Author(s)
      Chronister Aaron、Pustogow Andrej、Kikugawa Naoki、Sokolov Dmitry A.、Jerzembeck Fabian、Hicks Clifford W.、Mackenzie Andrew P.、Bauer Eric D.、Brown Stuart E.
    • Journal Title

      Proceedings of the National Academy of Sciences

      Volume: 118 Pages: e2025313118-1~5

    • DOI

      10.1073/pnas.2025313118

    • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] Unsplit superconducting and time reversal symmetry breaking transitions in Sr2RuO4 under hydrostatic pressure and disorder2021

    • Author(s)
      Grinenko Vadim、Das Debarchan、Gupta Ritu、Zinkl Bastian、Kikugawa Naoki、Maeno Yoshiteru、Hicks Clifford W.、Klauss Hans-Henning、Sigrist Manfred、Khasanov Rustem
    • Journal Title

      Nature Communications

      Volume: 12 Pages: 3920-01~10

    • DOI

      10.1038/s41467-021-24176-8

    • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] Magnetoentropic Signatures of the Textured Metamagnetic Phase of an Antiferromagnetic Polar Metal: Ca3Ru2O72021

    • Author(s)
      Kikugawa Naoki、Sokolov Dmitry A.、Sow Chanchal、Maeno Yoshiteru、Mackenzie Andrew Peter
    • Journal Title

      Journal of the Physical Society of Japan

      Volume: 90 Pages: 103704-01~05

    • DOI

      10.7566/jpsj.90.103704

    • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] Magnetocaloric effect in ferromagnetic 1/1 quasicrystal approximants Au64Al22R14 (R = Gd, Tb, and Dy)2021

    • Author(s)
      Kikugawa Naoki、Hiroto Takanobu、Ishikawa Asuka、Suzuki Shintaro、Sakurai Hiroya、Tamura Ryuji
    • Journal Title

      Journal of Alloys and Compounds

      Volume: 882 Pages: 160669-01~08

    • DOI

      10.1016/j.jallcom.2021.160669

    • Peer Reviewed
  • [Presentation] Magnetoentropic Signatures of the Textured Metamagnetic Phase of an Antiferromagnetic Polar Metal: Ca3Ru2O72021

    • Author(s)
      Naoki Kikugawa
    • Organizer
      Oxide Superspin 2021 (OSS2021)
    • Int'l Joint Research / Invited

URL: 

Published: 2023-12-25  

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