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2023 Fiscal Year Annual Research Report

Beyond the Traditional Framework of Unconventional Superconductivity in Sr2RuO4

Research Project

Project/Area Number 22H01168
Allocation TypeSingle-year Grants
Research InstitutionToyota Physical and Chemical Research Institute

Principal Investigator

前野 悦輝  公益財団法人豊田理化学研究所, フェロー事業部門, フェロー (80181600)

Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) 米澤 進吾  京都大学, 工学研究科, 教授 (30523584)
石田 憲二  京都大学, 理学研究科, 教授 (90243196)
Project Period (FY) 2022-04-01 – 2025-03-31
KeywordsSr2RuO4 / 非従来型超伝導 / 一軸性圧力 / 時間反転対称性の破れ / 磁気共鳴
Outline of Annual Research Achievements

Sr2RuO4の超伝導の最近の顕著な研究展開を横断的・詳細に分析するJPSJの招待レヴュー論文とNature Phys.誌のInvited 記事の執筆を進めた.これらから鮮明になった重要課題の解決に直結する成果を得るべく,テーマの一部を見直した.国際共同研究では、磁場侵入長から超伝導ギャップのラインノードを検証した.常伝導状態について電子エネルギー損失分光(EELS)で,特異なバンド間電子励起モード「パインズの悪魔」の観測に成功した.
●1.ひずみ印加で誘起される超伝導の変化:一軸圧で超伝導転移温度Tcが倍増するデータが再現できた.低周波数での相互インダクタンス法に切り替えることで,磁場中でも非常に高い測定精度を得た.一軸圧や静水圧でのTc変化と超音波音速のとびとの矛盾の解明に向けて,従来の圧縮ひずみに加え,新たにせん断ひずみでのTc変化の測定を相互インダクタンス法で進めた.
●2.時間反転対称性破れの検証: 一軸圧下でのミュオンスピン共鳴が示す超伝導の2段転移を検証する研究を進めた.まず,一軸圧下での核磁気共鳴から,超伝導ギャップ構造の変化を調べた.また,時間反転対称性の破れを直接検出する磁気光学カー効果(MOKE)の装置整備を進めた.これに関連し,物性測定システムの試料回転装置の修理を行った.さらに,準粒子トンネル効果から時間反転対称性破れを検出する共同研究を進めた.なお,「パインズの悪魔」の一軸圧下での変化をイリノイ大学で観測するためのセルを京都大学で完成させ,低温での動作テストを進めた.
●3.磁気共鳴による超伝導対称性の研究: 申請していたスイスのPSIでの実験が認められたので,ミュオンスピン共鳴によるナイトシフト測定を現地で行った.スピン三重項・軌道間一重項の「擬スピン一重項状態」と,伝統的な非従来型超伝導状態の「スピン一重項」との実験的判別を目指して解析を進めた.

Current Status of Research Progress
Current Status of Research Progress

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

Reason

■招待レヴュー論文や解説記事の執筆により,最近の研究展開を詳しく吟味して,現在の問題点を鮮明にすることで,本課題で遂行すべき研究テーマに反映することができた.

■一軸圧で超伝導転移温度Tcが倍増するデータが再現できた.しかし,高周波での自己インダクタンス法では,試料の高導電性のために常伝導遮蔽長が超伝導ロンドン侵入深さと同程度で超伝導転移温度の精密データ獲得が困難であった.そこで低周波数での相互インダクタンス法に切り替えることで,磁場中でも非常に高い測定精度が得られるようになった.

■核磁気共鳴での実験は予定よりやや遅れているが,ミュオンスピン共鳴によるナイトシフト測定を進めることができた.

Strategy for Future Research Activity

本研究は以下の3つのテーマを軸に遂行し,3年間の研究成果の取りまとめも行う.
●1.ひずみ印加で誘起される超伝導の変化: 一軸圧印加での上部臨界磁場の面内異方性測定から,リフシッツ転移での超伝導状態の変化を明らかにする.一軸圧や静水圧でのTcの変化と超音波音速のとびとの熱力学関係式上の矛盾を解明するため,従来の圧縮ひずみだけでなく,新たにせん断ひずみによる超伝導性の変化を精密に測定する.
●2.時間反転対称性破れの検証: 一軸圧下でのミュオンスピン共鳴が示すTcより低温での時間反転対称性が破れた超伝導相への転移を検証する.まず,一軸圧下でのRu核の核四重極共鳴(NQR)の超伝導転移近傍での磁気緩和率1/T1の変化から,常伝導状態の電子状態密度の変化や超伝導ギャップ構造の変化の有無を調べる.また,時間反転対称性の破れを直接検出する磁気光学カー効果(MOKE)測定を進める.さらに,準粒子トンネル効果により,時間反転対称性破れに伴って発生するゼロバイアス・コンダクタンスピークの一軸圧下での変化を柏谷(研究協力者)らとの共同研究から明らかにする.
●3.磁気共鳴による超伝導対称性の研究:磁場中でのミュオンスピン共鳴によるナイトシフトの第2回目の実験を6月に行い,従来の核磁気共鳴・スピン偏極中性子回折に加えて第3の超伝導スピン状態判定手法の有効性を示す.特にスピン三重項・軌道間一重項の「擬スピン一重項状態」と,伝統的な非従来型超伝導状態の「スピン一重項」との実験的判別を狙う.
◆2024年度は,日本物理学会とドイツでの国際会議で成果を発表するとともに,研究の取りまとめとして,J. Phys. Soc. JpnにSr2RuO4の研究の現状を網羅した招待レヴュー論文と,Nature Physics誌から依頼されたInvited Perspective記事の掲載にこぎつける.

  • Research Products

    (39 results)

All 2024 2023 Other

All Int'l Joint Research (6 results) Journal Article (8 results) (of which Int'l Joint Research: 6 results,  Peer Reviewed: 8 results,  Open Access: 4 results) Presentation (22 results) (of which Int'l Joint Research: 10 results,  Invited: 6 results) Remarks (3 results)

  • [Int'l Joint Research] イリノイ大学アーバナ・シャン ペーン校/スタンフォード大学/コーネル大学(米国)

    • Country Name
      U.S.A.
    • Counterpart Institution
      イリノイ大学アーバナ・シャン ペーン校/スタンフォード大学/コーネル大学
    • # of Other Institutions
      2
  • [Int'l Joint Research] ドレスデン工科大学/マックスプランク固体化学物理 研究所ドレスデン(ドイツ)

    • Country Name
      GERMANY
    • Counterpart Institution
      ドレスデン工科大学/マックスプランク固体化学物理 研究所ドレスデン
  • [Int'l Joint Research] パウル・シェラー研究所(PSI)/チューリッヒ工科大(ETH)(スイス)

    • Country Name
      SWITZERLAND
    • Counterpart Institution
      パウル・シェラー研究所(PSI)/チューリッヒ工科大(ETH)
  • [Int'l Joint Research] バーミンガム大学/ケンブリッジ大学(英国)

    • Country Name
      UNITED KINGDOM
    • Counterpart Institution
      バーミンガム大学/ケンブリッジ大学
  • [Int'l Joint Research] サレルノ大学(イタリア)

    • Country Name
      ITALY
    • Counterpart Institution
      サレルノ大学
  • [Int'l Joint Research]

    • # of Other Countries
      4
  • [Journal Article] Pressure evolution of the normal- and superconducting-state properties of the line-nodal material CaSb2 revealed by 123Sb nuclear quadrupole resonance2024

    • Author(s)
      Takahashi H.、Kitagawa S.、Ishida K.、Ikeda A.、Saha S. R.、Yonezawa S.、Paglione J.、Maeno Y.
    • Journal Title

      Physical Review B

      Volume: 109 Pages: L100501-1-6

    • DOI

      10.1103/PhysRevB.109.L100501

    • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] In-Plane Magnetic Penetration Depth in Sr2RuO4 : Muon-Spin Rotation and Relaxation Study2023

    • Author(s)
      Khasanov Rustem、Ramires Aline、Grinenko Vadim、Shipulin Ilya、Kikugawa Naoki、Sokolov Dmitry A.、Krieger Jonas A.、Hicken Thomas J.、Maeno Yoshiteru、Luetkens Hubertus、Guguchia Zurab
    • Journal Title

      Physical Review Letters

      Volume: 131 Pages: 236001-1-8

    • DOI

      10.1103/PhysRevLett.131.236001

    • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] Spontaneous superconducting diode effect in non-magnetic Nb/Ru/Sr2RuO4 topological junctions2023

    • Author(s)
      Anwar Muhammad Shahbaz、Nakamura Taketomo、Ishiguro Ryosuke、Arif Shafaq、Robinson Jason W. A.、Yonezawa Shingo、Sigrist Manfred、Maeno Yoshiteru
    • Journal Title

      Communications Physics

      Volume: 6 Pages: 290-1-8

    • DOI

      10.1038/s42005-023-01409-4

    • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] Constraints on a split superconducting transition under uniaxial strain in Sr2RuO4 from scanning SQUID microscopy2023

    • Author(s)
      Mueller Eli、Iguchi Yusuke、Watson Christopher、Hicks Clifford W.、Maeno Yoshiteru、Moler Kathryn A.
    • Journal Title

      Physical Review B

      Volume: 108 Pages: 144501-1-9

    • DOI

      10.1103/PhysRevB.108.144501

    • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] Anisotropic Seebeck coefficient of Sr2RuO4 in the incoherent regime2023

    • Author(s)
      Daou Ramzy、H?bert Sylvie、Grissonnanche Ga?l、Hassinger Elena、Taillefer Louis、Taniguchi Haruka、Maeno Yoshiteru、Gibbs Alexandra S.、Mackenzie Andrew P.
    • Journal Title

      Physical Review B

      Volume: 108 Pages: L121106-1-5

    • DOI

      10.1103/PhysRevB.108.L121106

    • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] Pines’ demon observed as a 3D acoustic plasmon in Sr2RuO42023

    • Author(s)
      Husain Ali A.、Huang Edwin W.、Mitrano Matteo、Rak Melinda S.、Rubeck Samantha I.、Guo Xuefei、Yang Hongbin、Sow Chanchal、Maeno Yoshiteru、Uchoa Bruno、Chiang Tai C.、Batson Philip E.、Phillips Philip W.、Abbamonte Peter
    • Journal Title

      Nature

      Volume: 621 Pages: 66-70

    • DOI

      10.1038/s41586-023-06318-8

    • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] Superconducting spin reorientation in spin-triplet multiple superconducting phases of UTe22023

    • Author(s)
      Kinjo Katsuki、Fujibayashi Hiroki、Matsumura Hiroki、Hori Fumiya、Kitagawa Shunsaku、Ishida Kenji、Tokunaga Yo、Sakai Hironori、Kambe Shinsaku、Nakamura Ai、Shimizu Yusei、Homma Yoshiya、Li Dexin、Honda Fuminori、Aoki Dai
    • Journal Title

      Science Advances

      Volume: 9 Pages: adg2736-1-6

    • DOI

      10.1126/sciadv.adg2736

    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Large Reduction in the a-axis Knight Shift on UTe2 with Tc = 2.1 K2023

    • Author(s)
      Matsumura Hiroki、Fujibayashi Hiroki、Kinjo Katsuki、Kitagawa Shunsaku、Ishida Kenji、Tokunaga Yo、Sakai Hironori、Kambe Shinsaku、Nakamura Ai、Shimizu Yusei、Homma Yoshiya、Li Dexin、Honda Fuminori、Aoki Dai
    • Journal Title

      Journal of the Physical Society of Japan

      Volume: 92 Pages: 063701-1-5

    • DOI

      10.7566/JPSJ.92.063701

    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Presentation] 超伝導線ノード物質CaSb2の圧力下電子状態の第一原理計算2024

    • Author(s)
      髙橋秀光, 池田敦俊, 北川俊作, 門林宏和, 平尾直久, 石田憲二, 前野悦輝
    • Organizer
      日本物理学会2024年春季大会 (2024年)
  • [Presentation] カゴメ金属の電荷秩序相における時間反転対称性破れ2023

    • Author(s)
      米澤進吾
    • Organizer
      日本物理学会2024年春季大会
    • Invited
  • [Presentation] 走査型磁気光学Kerr効果測定へ向けた装置開発2023

    • Author(s)
      山根聡一郎, 渡辺岳斗, 川渕悟郎, 米澤進吾
    • Organizer
      日本物理学会2024年春季大会
  • [Presentation] Sr2RuO4の超伝導解明に向けて避けて通れない課題2023

    • Author(s)
      前野悦輝
    • Organizer
      超伝導研究の発展と広がり
  • [Presentation] Time-reversal symmetry breaking induced by chiral charge order in CsV3Sb52023

    • Author(s)
      Soichiro Yamane, Yajian Hu, Giordano Mattoni, Keito Obata, Kanae Yada, Yongkai Li, Yugui Yao, Zhiwei Wang, Donghan Kim, Changyoung Kim, Jingyuan Wang, Camron Farhang, Jing Xia, Yoshiteru Maeno, Shingo Yonezawa
    • Organizer
      MRM2023/IUMRS-ICS2023
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Novel in-plain anisotropy of the Kagome superconductor CsV3Sb52023

    • Author(s)
      Shingo Yonezawa
    • Organizer
      The 36th International Symposium on Superconductivity (ISS2023)
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] Establishing Ruthenates as Key Quantum Materials2023

    • Author(s)
      Yoshiteru Maeno
    • Organizer
      Workshop on Strongly Correlated Systems 2023
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] Tunable Uniaxial Strain to Investigate Sr2RuO4 Unconventional Superconductivity2023

    • Author(s)
      Giordano Mattoni, Shoya Matsubara, Muhammed Waqee-ur-Rehman, Shingo Yonezawa, Yoshiteru Maeno
    • Organizer
      The 29th International Workshop on Oxide Electronics (iWOE-29)
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] 125Te-NMR Measurements on UTe2 with Tc = 2.1 K2023

    • Author(s)
      Hiroki Matsumura, Yuki Takahashi, Hiroki Fujibayashi, Katsuki Kinjo, Shunsaku Kitagawa, Kenji Ishida, Yo Tokunaga, Hironori Sakai, Shinsaku Kambe, Ai Nakamura, Yusei Shimizu, Yoshiya Homma, Dexin Li, Fuminori Honda, Dai Aoki
    • Organizer
      Topology, spin-orbit interactions and superconductivity in strongly correlated quantum materials under extreme conditions
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Sr2RuO4でのパインズの悪魔の観測2023

    • Author(s)
      A.A. Husain, E.W. Huang, M. Mitrano, M.S. Rak, S.I. Rubeck, X.Guo, H. Yang, C. Sow, 前野悦輝, B. Uchoa, T.C. Chiang, P.E. Batson, P.P. Phillips, P. Abbamonte
    • Organizer
      日本物理学会 第78回年次大会 (2023年)
  • [Presentation] Investigating Sr2RuO4 Unconventional Superconductivity with Uniaxial Strain2023

    • Author(s)
      Giordano MATTONI, Shoya MATSUBARA, Muhammed Waqee-ur-Rehman, Shingo YONEZAWA, Yoshiteru MAENO
    • Organizer
      日本物理学会 第78回年次大会 (2023年)
  • [Presentation] 電子ドープ型Sr2-yLayRuO4におけるリフシッツ転移を反映した熱電輸送現象2023

    • Author(s)
      西中山怜, 佐藤芳樹, 岡崎竜二, 山中隆義, 矢口宏, 菊川直樹, 前野悦輝
    • Organizer
      日本物理学会 第78回年次大会 (2023年)
  • [Presentation] 超伝導線ノード物質CaSb2の格子定数の圧力依存性2023

    • Author(s)
      髙橋秀光, 池田敦俊, 北川俊作, 門林宏和, 平尾直久, 石田憲二, 前野悦輝
    • Organizer
      日本物理学会 第78回年次大会 (2023年)
  • [Presentation] ピコ秒光音響波に誘起されたCa2RuO4の非線形結晶構造変化2023

    • Author(s)
      中村飛鳥, 千足勇介, 下志万貴博, Yajian Hu, 小川直毅, 中村文彦, 前野悦輝, 石坂香子
    • Organizer
      日本物理学会 第78回年次大会 (2023年)
  • [Presentation] カゴメ格子超伝導体CsV3Sb5の磁場中比熱測定による低エネルギー励起の観測2023

    • Author(s)
      米澤進吾, 福島和実, 小畑慶人, Yajian Hu, 山根聡一郎, Yongkai Li, Yugui Yao, Zhiwei Wang, 前野悦輝
    • Organizer
      日本物理学会 第78回年次大会 (2023年)
  • [Presentation] カゴメ金属CsV3Sb5におけるCDW状態の時間反転対称性の検討2023

    • Author(s)
      山根聡一郎, Yajian Hu, Giordano Mattoni, 小畑慶人, 矢田歌菜絵, Yongkai Li, Yugui Yao, Zhiwei Wang, Donghan Kim, Changyoung Kim, Jingyuan Wang, Camron Farhang, Jin Xia, 前野悦輝, 米澤進吾
    • Organizer
      日本物理学会 第78回年次大会 (2023年)
  • [Presentation] Sr2RuO4: Mystery after nearly 30 years2023

    • Author(s)
      Y. Maeno
    • Organizer
      Quantum Materials in the Quantum Information Era
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] 121Sb-NQR Study on the Superconducting Kagome Metal CsV3Sb52023

    • Author(s)
      Hidemitsu Takahashi, Masaki Shibata, Shunsaku Kitagawa, Kenji Ishida, Yongkai Li, Yugui Yao, Zhiwei Wang
    • Organizer
      International Conference on Strongly Correlated Electron Systems 2023
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] NMR study of Superconducting Multiphase and Mganetism in a Novel Heavy Fermion Superconductor CeRh2As22023

    • Author(s)
      Shiki Ogata, Shunsaku Kitagawa, Katsuki Kinjo, Kenji Ishida, Manuel Brando, Elena Hassinger, Christoph Geibel, Seunghyun Khim
    • Organizer
      International Conference on Strongly Correlated Electron Systems 2023
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] 125Te-NMR Knight Shift Measurement on UTe2 with Tc = 2.1 K2023

    • Author(s)
      Hiroki Matsumura, Hiroki Fujibayashi, Katsuki Kinjo, Shunsaku Kitagawa, Kenji Ishida, Yo Tokunaga, Hironori Sakai, Shinsaku Kambe, Ai Nakamura, Yusei Shimizu, Yoshiya Homma, Dexin Li, Fuminori Honda, Dai Aoki
    • Organizer
      International Conference on Strongly Correlated Electron Systems 2023
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Unconventional superconductivity with novel in-plane anisotropies2023

    • Author(s)
      Shingo Yonezawa
    • Organizer
      KU-VUW Joint Workshop 2023
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] 対称性破れの検出と制御を基軸とした固体量子物性研究2023

    • Author(s)
      米澤進吾
    • Organizer
      極限宇宙ワークショップ
    • Invited
  • [Remarks] 豊田理研-京大連携拠点 (TRiKUC)ホームページ

    • URL

      http://trikuc.jp/

  • [Remarks] 京都大学固体量子物性研究室ホームページ

    • URL

      https://ss.scphys.kyoto-u.ac.jp/

  • [Remarks] 京都大学集積機能工学研究室

    • URL

      https://sk.kuee.kyoto-u.ac.jp/ja/

URL: 

Published: 2024-12-25  

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