| 研究課題/領域番号 |
21K03455
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| 研究種目 |
基盤研究(C)
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| 配分区分 | 基金 |
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| 応募区分 | 一般 |
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| 審査区分 |
小区分13030:磁性、超伝導および強相関系関連
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| 研究機関 | 立命館大学 |
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研究代表者 |
町田 一成 立命館大学, 総合科学技術研究機構, プロジェクト研究員 (50025491)
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| 研究期間 (年度) |
2021-04-01 – 2026-03-31
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| 研究課題ステータス |
交付 (2022年度)
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| 配分額 *注記 |
4,160千円 (直接経費: 3,200千円、間接経費: 960千円)
2025年度: 650千円 (直接経費: 500千円、間接経費: 150千円)
2024年度: 650千円 (直接経費: 500千円、間接経費: 150千円)
2023年度: 650千円 (直接経費: 500千円、間接経費: 150千円)
2022年度: 650千円 (直接経費: 500千円、間接経費: 150千円)
2021年度: 1,560千円 (直接経費: 1,200千円、間接経費: 360千円)
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| キーワード | 非自明超伝導体 / 重い電子系 / UTe2 / スピン３重項超伝導 / スピン三重項超伝導 / 非ユニタリー状態 / 超伝導 / スピン３重項状態 / 多重相図 |
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| 研究開始時の研究の概要 |
当該研究は従来型の超伝導体ではなく，非自明な超伝導対称性を有する物質を対象とする．個々の物質の超伝導対称性を同定することによって凝縮系物理学の基礎をより深く理解できることを期待する．幾つかの特異な性質を示す超伝導体を具体的に取り上げ個々にそのクーパー対の対称性を突き止めることを目標とする．UTe2は最近新たに見出された重い電子系超伝導体で1.5Kという低い超伝導転移温度に対して上部臨界磁場が60Tにも達する特異な物質である．磁場と温度の平面で複数の超伝導相を示すため，従来型の対称性ではなくスピン３重項状態にあると期待されている．この物質の超伝導対称性の同定を理論的に遂行する．
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| 研究実績の概要 |
先年度に引き続いて主としてUTe2に注力して研究を推進した．この研究も４年目に入ったが世界各地での実験的理論的な研究の勢いは衰えるどころか益々盛んになっていて続々と新たな知見が得られつつある．とくに当該年度での注目すべき進展はTc=2Kの超純良試料が原研グループによって見出されたことである．従来のTc=1.6K試料で見出されていた実験事実が新試料によって覆る場合が出てきていて理論構築の上で注意を要する事態となっている．既にいくつもの実験グループがこの新試料を用いて再実験に取り組んでいて目が離せない状況が続いている．こうした不安定な状況下まだ断片的な実験データではあるが理論を修正ないしは更に先に進める必要が生じている．この系がスピン３重項の極めて稀で類例のないトポロジカルに興味深い超伝導体であることは疑いようの無い事実である．この認識の上に立脚して今後もこの系の本質を理論サイドから追求したい．
今年度の具体的な活動としては実験グループとの共同研究の下でUTe2の超低温磁化並びに比熱測定を実行し、この系の磁場温度相図を構築した。低温中磁場において内部相を示唆する磁化に異常を見出した。また非熱データにも超低温高磁場域において多重相図を想定させる比熱の異常増大現象を発見し、これを論文として発表した。またUCoGeの研究を行った。これは強磁性超伝導体のギャップ構造を回転磁場下での比熱測定によってノードの逆格子空間での位置を特定する試みであったが、試料の純度や共存する強磁性状態からの影響によって明確な結論を得ることができなかった。ただし、ノーマル状態での準粒子構造に通常の金属には見られない特異な異方性を発見した。これも論文として出版した。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
2: おおむね順調に進展している
理由
上記の状況に鑑み、筆者が昨年度に公表したUTe2の磁場温度相図の再検討を開始した．特に系の磁化困難軸であるb軸方向の相図は高磁場域に磁場上昇に伴って Tcが上昇するという特徴的な振舞いが観測される．これは低磁場で安定なA1相が磁場中でより安定なA2相によってとって変わられることで理解できることを先の論文で示した．即ち磁場増加による磁化の増大がA2のTcを大きくする．問題はH=15Tに存在するA1とA2相の交わる４重臨界点の構造である．３本の相転移線は実験的に確定しているが第４の内部相線は未確定のままであった．ごく最近Tc=2K試料を用いた輸送特製の実験から原研の酒井等は磁場のほとんど依らないHT相図上を水平に走る第４番目の相線を発見した．この驚くべき実験結果は当初理解不能であったがよくよく考察を重ねると存外単純に説明することが出来ることに気がついた．即ち今まで用いていたパラメーター値を少しだけ変え、かつd-vectorの回転磁場を少しだけ高磁場、つまりH=15T近傍に選ぶと水平相転移線が得られる．同時にTc2=0.5Kに設定した第２の相転移点から出る内部相線は4T辺りで消失することが理論的に導かれる．以上が最新のUTe2の相図に関する進捗状況である．
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| 今後の研究の推進方策 |
Tc=2Kの超純良試料に基づく新事実を説明するための理論を上記に簡単に説明した．この理論によればTc=2K試料においてはゼロ磁場に於いてTc2=0.5Kの第２の相転移が存在することが予言できる．この予測は今のところこれを観測したという報告はない．Tc2=0.5K発見のための研究を継続中である．実験上の困難さの原因の一つにはこの相転移に伴うエントロピー変化が極めて小さいことがあげられる．比熱ジャンプは1~10mJ/moleK2程度あると予想できるので通常の比熱実験では検出が困難である。一つの可能性は磁歪実験である．橘高グループの開発している実験装置は極めて高感度でこの目的のために最適である．我々はこの相転移検出のための共同研究を進めている。この共同研究の一環としてCeCoIn5のH//cの磁歪測定を昨年度遂行した．ノイズの少ない極めて安定した磁歪データが得られこの系で期待されているFFLO相の相境界を高精度に決定することに成功した。かつ磁歪の方向依存性を調べることによりFFLOの変調ベクトルの方向がc軸方向であることも同定できた．これらのことから橘高グループの有している磁歪測定装置の優位性が理解でき、この方法をUTe2へ適用して今まで困難であった相転移を検証する予定である．
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