2011 Fiscal Year Annual Research Report
ジョセフソン効果による時間反転対称性の破れた超伝導状態の検証
Publicly Offered Research
| Project Area | Topological Quantum Phenomena in Condensed Matter with Broken Symmetries |
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| Project/Area Number |
23103512
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| Research Institution | University of Hyogo |
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Principal Investigator |
住山 昭彦 兵庫県立大学, 大学院・物質理学研究科, 教授 (30226609)
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| Keywords | 重い電子系超伝導体 / ジョセフソン効果 / 時間反転対称性 / 空間反転対称性 |
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| Research Abstract |
本年度は、時間反転対称性の破れた超伝導状態を持つ可能性のある物質として、UPt_3,URu_2Si_2,CePt_3Siを対象とし、s波超伝導体との間のジョセフソン臨界電流の磁場依存性に現れる、時間反転対称性の破れの検証を行った。UPt_3については秩序変数の候補として主に欧米のグループで主張されているE_<2u>状態では時間反転対称性が破れているのに対し、最近提案されたE_<1u>状態では破れていない。そこでUPt_3単結晶のa軸,b軸,c軸方向について、s波超伝導体との間に流れるジョセフソン電流の磁場特性を調べたところ、c軸方向ではほぼフラウンホーファー回折図形の特性が、a軸,b軸方向では、やや回折図形から崩れた特性が得られ、3方向でジョセフソン効果が禁止されるE_<2u>状態とは矛盾することが明らかになった。一方、E_<1u>状態ではb軸方向のみ禁止されるので、この不一致については、さらに検証を行う必要がある。また、a軸方向、b軸方向では時間反転に対応する磁場方向の反転に対して、依然として非対称性が残っているが、本質的なもの現象ではなく磁束のトラップによるものと考えられる。
一方、URu_2Si_2についても時間反転対称性の破れた状態が秩序変数の候補として提案されている。そこで、s波超伝導体との間のジョセフソン臨界電流の磁場依存性を測定したところ、URu_2Si_2単結晶のc軸方向ではほぼフラウンホーファー回折図形に近い特性が得られたのに対し、a軸方向では位相の揃った一様な電流が流れにくく、小さな接合を作成しても接合中を流れる電流が一様でないような特性が得られた。この原因が時間反転対称性の破れによるのかについては、さらに検証を行う予定である。
また、これまで磁場反転に対し非対称な磁場特性しか得られていなかったCePt_3Siについては、小さな接合を作成するととで対称的な特性が得られるようになったので、位相の異なるドメインの存在を仮定すれば解釈できることが分かった。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
URu_2Si_2、及びCePt_3Siについては、以前の研究に比べ格段に良質の素子が得られるようになり、時間反転対称性の破れによるドメイン構造の存在の検証へと展開する素地ができた状況にある。また、最近急速に研究が進展したUPt3については、申請書では予定していなかったが、緊急性を要するテーマと考えて取り組み、結晶の各方向でジョセフソン効果の存在を確証できるレベルの素子が得られるようになっている。
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| Strategy for Future Research Activity |
URu_2Si_2、及びCePt_3Siについては、接合サイズが大きい場合に、時間反転対称性の破れを示唆するジョセフソン効果の磁場特性が得られる原因を解明するために、磁場特性のヒステリシスの有無、接合サイズ依存性などの研究を行い、秩序変数に起因するのか、磁束トラップのような外因によるものかを解明していく予定である。また、UPt_3については、各方向のジョセフソン効果の有無が秩序変数の候補に対して直接的な知見を与えるので、電流の方向性をより厳密に確認しながら、様々な方向でジョセフソン効果の測定を進める。また、新たに、空間反転対称性がない上、時間反転対称性の破れの可能性が示唆されて注目されているLaNiC_2については、試料の提供を受けてジョセフソン効果の研究に着手する予定である。
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Research Products
(4 results)
