遍歴強磁性超伝導体における磁場誘起超伝導メカニズムの微視的解明（国際共同研究強化）

• 研究課題/領域番号: 15KK0174
• 研究種目: 国際共同研究加速基金(国際共同研究強化)
• 配分区分: 基金
• 研究分野: 物性Ⅱ
• 研究機関: 国立研究開発法人日本原子力研究開発機構
• 研究代表者: 徳永 陽 国立研究開発法人日本原子力研究開発機構, 原子力科学研究部門 原子力科学研究所 先端基礎研究センター, 研究主幹 (00354902)
• 研究協力者: HORVATIC Mladen グルノーブル国立強磁場研究所, NMR研究グループ, グループリーダー ; ジュリアン マーク ; ベルチエ クロード ; 青木 大
• 研究期間 (年度): 2016 – 2018
• 研究課題ステータス: 完了 (2018年度)
• 配分額: 8,190千円 (直接経費: 6,300千円、間接経費: 1,890千円)
• キーワード: 強磁性超伝導 / 核磁気共鳴 / 磁場誘起超伝導 / 三重臨界点 / 磁気揺らぎ / 強磁性 / 超伝導 / 強磁性揺らぎ / 強相関電子系

研究成果の概要

本国際共同研究では、最先端の高磁場NMR 技術を持つフランス国立強磁場研究所に滞在し、強磁性超伝導体における磁場誘起超伝導メカニズムの解明を極低温高磁場下のNMR法により行った。その結果、17テスラ100mKという極低温強磁場でGe-NMR信号の観測に初めて成功した。更にその信号を用いて核磁気緩和時間の磁場依存性を測定し、超伝導が出現する400mK以下の温度領域においても磁場誘起三重臨界点に起因する強いスピン揺らぎが存在することを明らかにした。このことはウランの5f電子スピンの揺らぎが磁場誘起超伝導の引力の起源となっていることを強く示唆している。

研究成果の学術的意義や社会的意義

超伝導はもともと磁場とは相性が悪く、強い磁場をかけていくと最後には超伝導が壊されてしまう。ところがウラン化合物で見つかった強磁性超伝導体では、磁場によって新しい超伝導が誘起される。この特異な振る舞いは、新しい超伝導機構の存在を直感的に示唆している。本国際共同研究では、最先端の高磁場NMR技術を持つフランス国立強磁場研究所と共同で、ウラン系強磁性超伝導体のNMR研究を行い、磁場で誘起されたスピン揺らぎが磁場誘起超伝導の発現に強く関わっていることを明らかにした。今後この磁場で安定化する特異な超伝導機構が解明が進めば、超伝導応用の可能性を大きく広げることになる。

研究成果

• [国際共同研究] フランス・グルノーブル国立強磁場研究所(フランス) (2016)
  • 年月日: 2016-10-04
• [雑誌論文] High-field phase diagram of the heavy-fermion metal CeIn3: Pulsed-field NMR study on single crystals up to 56 T (2019)
  • 著者名/発表者名: Y. Tokunaga, A. Orlova, N. Bruyant, D. Aoki, H. Mayaffre, S. Kramer, M.-H. Julien, C. Berthier, M. Horvatic, N. Higa, T. Hattori, H. Sakai, S. Kambe, and I. Sheikin
  • 雑誌名: Phys. Rev. B 巻: 99 号: 8 ページ: 085142-085142
  • DOI: 10.1103/physrevb.99.085142
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Field-induced reentrant superconductivity driven by quantum tricritical fluctuations in URhGe (2018)
  • 著者名/発表者名: Tokunaga Y.、Aoki D.、Mayaffre H.、Kramer S.、Julien M.-H.、Berthier C.、Horvatic M.、Sakai H.、Hattori T.、Kambe S.、Araki S.
  • 雑誌名: Physica B: Condensed Matter 巻: 536 ページ: 122-124
  • DOI: 10.1016/j.physb.2017.09.022
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Easy-plane XY spin fluctuations in the cycloidal magnet UPtGe studied via field-orientation-dependent Pt195 NMR (2018)
  • 著者名/発表者名: Tokunaga Y.、Nakamura A.、Aoki D.、Shimizu Y.、Homma Y.、Honda F.、Sakai H.、Hattori T.、Kambe S.
  • 雑誌名: Physical Review B 巻: 98 号: 1 ページ: 014425-014425
  • DOI: 10.1103/physrevb.98.014425
  • 査読あり
• [雑誌論文] NMR evidence for f-electron excitations in the multipolar ground state of NpO2 (2018)
  • 著者名/発表者名: Walstedt R. E.、Tokunaga Y.、Kambe S.、Sakai H.
  • 雑誌名: Physical Review B 巻: 98 号: 14 ページ: 1444031-6
  • DOI: 10.1103/physrevb.98.144403
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Evidence for Spin Singlet Pairing with Strong Uniaxial Anisotropy in URu2Si2 Using Nuclear Magnetic Resonance (2018)
  • 著者名/発表者名: Hattori T.、Sakai H.、Tokunaga Y.、Kambe S.、Matsuda T.?D.、Haga Y.
  • 雑誌名: Physical Review Letters 巻: 120 号: 2 ページ: 027001-027001
  • DOI: 10.1103/physrevlett.120.027001
  • 査読あり
• [雑誌論文] T dependence of nuclear spin-echo decay at low temperatures in YbRh2Si2 (2017)
  • 著者名/発表者名: Kambe S.、Sakai H.、Tokunaga Y.、Hattori T.、Lapertot G.、Matsuda T. D.、Knebel G.、Flouquet J.、Walstedt R. E.
  • 雑誌名: Physical Review B 巻: 95 号: 19 ページ: 195121-195121
  • DOI: 10.1103/physrevb.95.195121
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Switching of magnetic ground states across the UIr1－x Rhx Ge alloy system (2017)
  • 著者名/発表者名: Jiri Pospisil, Yoshinori Haga, Shinsaku Kambe, Yo Tokunaga, Naoyuki Tateiwa, Dai Aoki, Fuminori Honda, Ai Nakamura, Yoshiya Homma, Etsuji Yamamoto, Tomoo Yamamura
  • 雑誌名: PHYSICAL REVIEW B 巻: 95 号: 15 ページ: 1551381-15
  • DOI: 10.1103/physrevb.95.155138
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Nature of distributed two-fold ordering in URu2Si2 (2017)
  • 著者名/発表者名: Kambe S.、Tokunaga Y.、Sakai H.、Hattori T.、Walstedt R.E.
  • 雑誌名: J. Phys.: Conf. Ser. 巻: 868 ページ: 012003-012003
  • DOI: 10.1088/1742-6596/868/1/012003
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] No Detectable Change in In-Plane 29Si Knight Shift in the Superconducting state of URu2Si2 (2016)
  • 著者名/発表者名: T. Hattori, H. Sakai, Y. Tokunaga, S. Kambe, T.D. Matsuda, and Y. Haga
  • 雑誌名: J. Phys. Soc. Jpn 巻: 85 号: 7 ページ: 073711-073711
  • DOI: 10.7566/jpsj.85.073711
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Interplay between quantum fluctuations and reentrant superconductivity with a highly enhanced upper critical field in URhGe (2016)
  • 著者名/発表者名: Y. Tokunaga, D. Aoki, H. Mayaffre, S. Kramer, M. H. Julien, C. Berthier, M. Horvatic, H. Sakai, T. Hattori, S. Kambe, S. Araki
  • 雑誌名: Phys. Rev. B 巻: 93 号: 20 ページ: 2011121-5
  • DOI: 10.1103/physrevb.93.201112
  • 査読あり / 国際共著 / 謝辞記載あり
• [学会発表] 強磁性/隠れた秩序と共存する超伝導 (2019)
  • 著者名/発表者名: 徳永陽
  • 学会等名: 日本物理学会 第74回年次大会 シンポジウム講演
  • 招待講演
• [学会発表] NMRで見たURhSnの2つの相転移 (2019)
  • 著者名/発表者名: 徳永陽
  • 学会等名: 日本物理学会 第74回年次大会
• [学会発表] High field phase diagram of the heavy-fermion metal CeIn3: A pulsed magnetic field NMR study (2018)
  • 著者名/発表者名: Y. Tokunaga
  • 学会等名: EMFL User Meeting 2018
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Reentrant superconductivity induced by quantum tricritical uctuations in URhGe (2017)
  • 著者名/発表者名: Y. Tokunaga
  • 学会等名: InternationalWorkshop on Multipole Physics and Related Phenomena
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Spin fluctuations driving superconductivity in uranium-based ferromagnets: Comparison between URhGeand UCoGe (2017)
  • 著者名/発表者名: Y. Tokunaga
  • 学会等名: Physics of Uranium based Superconductors
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Field-induced reentrant superconductivity driven by quantum tricritical fluctuations in URhG (2017)
  • 著者名/発表者名: Y. Tokunaga
  • 学会等名: The International Conference on Strongly Correlated Electron Systems, SCES2017
  • 国際学会
• [学会発表] URhGe単結晶のNMRによる研究 (2017)
  • 著者名/発表者名: 徳永陽, 青木大, H. Mayaffre, S. Kraemer, M.-H.Julien, C. Berthier, M. Horvatic, 服部泰佑, 酒井宏典, 神戸振作, 荒木新吾
  • 学会等名: 日本物理学会第72回年次大会
  • 発表場所: 大阪大学豊中キャンパス (大阪府豊中市)
• [学会発表] サイクロイド型磁気秩序を示すUPtGeのPt-NMRによる研究 (2016)
  • 著者名/発表者名: 徳永陽, 仲村愛, 青木大, 服部泰佑, 酒井宏典, 神戸振作,本多史憲, 本間佳哉, 李徳新, 清水悠晴
  • 学会等名: 日本物理学会秋季大会
  • 発表場所: 金沢大学角間キャンパス (石川県金沢市)