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歪み場・円偏波に対する高周波応答を用いたカイラル超伝導の研究

研究課題

研究課題/領域番号 22KJ1092
補助金の研究課題番号 22J21896 (2022)
研究種目

特別研究員奨励費

配分区分基金 (2023)
補助金 (2022)
応募区分国内
審査区分 小区分13030:磁性、超伝導および強相関系関連
研究機関東京大学

研究代表者

六本木 雅生  東京大学, 新領域創成科学研究科, 特別研究員(DC1)

研究期間 (年度) 2023-03-08 – 2025-03-31
研究課題ステータス 交付 (2023年度)
配分額 *注記
2,500千円 (直接経費: 2,500千円)
2024年度: 800千円 (直接経費: 800千円)
2023年度: 800千円 (直接経費: 800千円)
2022年度: 900千円 (直接経費: 900千円)
キーワードトポロジカル超伝導 / カイラル超伝導 / 時間反転対称性の破れ / マイクロ波 / 円偏波マイクロ波 / 空洞共振器 / 鉄系超伝導体 / 測定手法 / 超伝導
研究開始時の研究の概要

本研究は、トポロジカル超伝導体の一つである時間反転対称性の破れたカイラル超伝導状態の基礎的な理解を進めるため、一軸歪みとMHz帯の共振器を用いた磁場侵入長測定を組み合わせた測定手法によってカイラル超伝導候補物質における秩序変数の解明を試みる。また、円偏波マイクロ波空洞共振器を用いた分光測定という新たな高周波測定手法の開発を行い、従来の測定手法における問題点を克服したカイラル超伝導体の時間反転対称性の破れの直接検出を行う。

研究実績の概要

本研究は、トポロジカル超伝導体の一つである時間反転対称性の破れたカイラル超伝導状態の基礎的な理解を進めるため、一軸歪みとMHz帯の共振器を用いた磁場侵入長測定を組み合わせた測定と円偏波マイクロ波空洞共振器を用いた分光測定の開発を行い、カイラル超伝導の検証を行うことが目的であり、主な内容は(1)一軸歪み下磁場侵入長測定装置の開発と測定,(2)円偏波マイクロ波空洞共振器の開発と時間反転対称性の破れの検出である。2023年度は、(2)の円偏波マイクロ波共振器の開発を中心に取り組んだ。前年度開発した共振器を改良し、高感度化に取り組んだ。特に以前の銅製の共振器に改良を加え、誘電体共振器を用いることで、大幅に感度が改善され、かつ磁場中でもその感度を維持できる円偏波マイクロ波共振器の開発に成功した。そして、開発した共振器を用いて、金属や超伝導体のような高い伝導度を有する物質において円偏波マイクロ波共振器モードに対する応答からマイクロ波領域でのホール抵抗を求める新しい測定手法の原理を考案し、実際に微小金属単結晶Bi試料を用いてテスト測定を行い、その有効性を確認することに成功した。これらの結果は論文にまとめ、現在、Review of scientfic instruments誌に投稿中である。今後は開発した方法を希釈冷凍機温度で実装し、カイラル超伝導の検証に取り組む予定である。
また、上記の内容とは別の研究実績として、昨年度以前に行った、ミュオンスピン回転緩和法を用いた鉄系超伝導体Fe(Se,S)の時間反転対称性の破れに関する研究やウラン系化合物UTe2におけるカイラル超伝導の検証に関する論文を出版した。

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

昨年度まで開発を行っていた円偏波マイクロ波空洞共振器を改良し、高感度化に成功した。また、円偏波マイクロ波共振器を用いて高伝導度物質におけるマイクロ波ホール効果を測定する方法を確立した。
現在、この方法を希釈冷凍機温度まで拡張するための設計・開発を行っている。

今後の研究の推進方策

開発した円偏波マイクロ波共振器およびマイクロ波ホール効果測定方法をカイラル超伝導候補物質に適用する。
そのため、まず初めに、円偏波マイクロ波共振器を希釈冷凍機に搭載する。具体的には、新しい共振器の設計、希釈冷凍機中のマイクロ波測定用インフラの整備および確立、共振モードの評価、実際に試料を用いたテスト測定等を行う予定である。
希釈冷凍機温度での測定環境及び方法が整い次第、ウラン系化合物URu2Si2やUTe2、またSr2RuO4などのカイラル超伝導候補物質での測定を行い、カイラル超伝導状態における時間反転対称性の破れに起因した異常ホール効果の測定を行う。
また、希釈冷凍機温度での測定系構築と並行して、ヘリウム4温度にて、磁束ホール効果測定やトポロジカル物質におけるマイクロ波帯での異常ホール効果の測定なども行う予定である。

報告書

(2件)
  • 2023 実施状況報告書
  • 2022 実績報告書
  • 研究成果

    (14件)

すべて 2024 2023 2022 その他

すべて 雑誌論文 (3件) (うち国際共著 2件、 査読あり 3件、 オープンアクセス 3件) 学会発表 (10件) (うち国際学会 7件) 備考 (1件)

  • [雑誌論文] Two superconducting states with broken time-reversal symmetry in FeSe1-xSx2023

    • 著者名/発表者名
      K. Matsuura, M. Roppongi, .... et al (他26名)
    • 雑誌名

      Proceedings of the National Academy of Sciences

      巻: 120 号: 21 ページ: 1-6

    • DOI

      10.1073/pnas.2208276120

    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Chiral superconductivity in UTe2 probed by anisotropic low-energy excitations2023

    • 著者名/発表者名
      Ishihara Kota、Roppongi Masaki、Kobayashi Masayuki、Imamura Kumpei、Mizukami Yuta、Sakai Hironori、Opletal Petr、Tokiwa Yoshifumi、Haga Yoshinori、Hashimoto Kenichiro、Shibauchi Takasada
    • 雑誌名

      Nature Communications

      巻: 14 号: 1 ページ: 1-7

    • DOI

      10.1038/s41467-023-38688-y

    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Bulk evidence of anisotropic s-wave pairing with no sign change in the kagome superconductor CsV3Sb52023

    • 著者名/発表者名
      Roppongi M.、Ishihara K.、Tanaka Y.、Ogawa K.、Okada K.、Liu S.、Mukasa K.、Mizukami Y.、Uwatoko Y.、Grasset R.、Konczykowski M.、Ortiz B. R.、Wilson S. D.、Hashimoto K.、Shibauchi T.
    • 雑誌名

      Nature Communications

      巻: 14 号: 1 ページ: 667-667

    • DOI

      10.1038/s41467-023-36273-x

    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [学会発表] Development of a circular polarized microwave cavity and microwave Hall effect measurements2024

    • 著者名/発表者名
      M. Roppongi, T. Arakawa, Y. Yoshino, K. Ishihara, Y. Kinoshita, M. Tokunaga, K. Hashimoto, and T. Shibauchi
    • 学会等名
      APS March Meeting 2024
    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Development of a circular polarized microwave cavity and microwave Hall effect measurements2024

    • 著者名/発表者名
      M. Roppongi
    • 学会等名
      International Symposium on Quantum Electronics 2024
    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Superconducting gap structure of AV3Sb5 (A=K, Rb) probed by magnetic penetration depth measurements2024

    • 著者名/発表者名
      K. Ishihara, T. Nagashima, M. Roppongi, K. Imamura, R. Grasset, M. Konczykowski, B. R. Oritz, A. C. Salinas, S. D. Willson, K. Hashimoto, T. Shibauchi
    • 学会等名
      APS March Meeting 2024
    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] 誘電体マイクロ波円偏波共振器を用いた物性測定技術の開発2023

    • 著者名/発表者名
      六本木雅生, 荒川智紀, 橋本顕一郎, 芝内孝禎
    • 学会等名
      日本物理学会第78回年次大会
    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
  • [学会発表] 磁場侵入長測定によるAV3Sb5 (A=K, Rb)の超伝導ギャップ対称性の研究2023

    • 著者名/発表者名
      永島拓也, 石原滉大, 六本木雅生
    • 学会等名
      日本物理学会第78回年次大会
    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
  • [学会発表] Probing time-reversal symmetry breaking in FeSe1-xTex superconductors by muon spin relaxation2023

    • 著者名/発表者名
      M. Roppongi, K. Ogawa, Y. Cai, G. Zhao, M. Oudah, S. Liu, Marta-Villa de Toro Sanchez, C. Young, J. Zhang, I. Markovic, T. Watanabe, T. Fujii, K. Matsuura, K. Ishihara, K. Hashimoto, D. A. Bonn, K. M. Kojima, Y. J. Uemura and T. Shibauchi
    • 学会等名
      APS March Meeting 2023
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Study of magnetotransport properties in the novel kagome superconductor CsV3Sb52023

    • 著者名/発表者名
      S. Liu, M. Roppongi, K. Ishihara, B. R. Ortiz, S. D. Wilson, R. Grasset, M. Konczykowski, K. Hashimoto and T. Shibauchi
    • 学会等名
      APS March Meeting 2023
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Robust s-wave Superconductivity with No Sign-Change in Kagome Superconductor CsV3Sb52022

    • 著者名/発表者名
      M. Roppongi, K. Ishihara, K. Ogawa, M. Konczykowski, B. R. Ortiz, S. D. Willson, Y. Mizukami, Y. Uwatoko, K. Hashimoto, T. Shibauchi
    • 学会等名
      The 29th International Conference on Low Temperature Physics(LT29)
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Impurity Studies on the Pairing State of the Kagome Superconductor CsV3Sb52022

    • 著者名/発表者名
      M. Roppongi, K. Ishihara, K. Ogawa, M. Konczykowski, B. R. Ortiz, S. D. Willson, Y. Mizukami, Y. Uwatoko, K. Hashimoto, T. Shibauchi
    • 学会等名
      13th International Conference on Materials and Mechanisms of Superconductivity & High Temperature Superconductors (M2S)
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] カゴメ格子系超伝導体 CsV3Sb5における超伝導対称性2022

    • 著者名/発表者名
      六本木雅生, 石原滉大, 田中優之介, 小河弘樹, 岡田昂, 劉蘇鵬, 向笠清隆, 水上雄太, 上床美也, R. Grasset, M. Konczykowski, Brenden R. Ortiz, Stephen D. Wilson, 橋本顕一郎, 芝内孝禎
    • 学会等名
      日本物理学会第 秋季大会
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
  • [備考] カゴメ格子物質で実現する不純物に強い非従来型超伝導

    • URL

      https://www.k.u-tokyo.ac.jp/information/category/press/10067.html

    • 関連する報告書
      2022 実績報告書

URL: 

公開日: 2022-04-28   更新日: 2024-12-25  

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