ウラン超伝導化合物における磁気励起子の研究

2002 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 12440091
• 研究機関: 名古屋大学
• 研究代表者: 佐藤 憲昭 名古屋大学, 大学院・理学研究科, 助教授 (30170773)
• 研究分担者: 阿曽 尚文 東京大学, 物性研究所, 助手 (40313118)
• キーワード: ウラン化合物 / 重い電子系 / 超伝導 / 磁気励起子 / UPd_2Al_3 / UNi_2Al_3 / UGe_2 / URu_2Si_2

研究概要

平成12年度からの3年間により次の成果を得た。
1.UPd_2Al_3における磁気励起子媒介超伝導
これは研究課題名にもあるように、本研究の中心的課題である。我々は良質な単結晶を育成し、種々の物性測定を行うことにより、シングレット・クーパー対の形成等、磁性と超伝導に関する基礎的情報を得た。次にこれら二つの長距離秩序間の相互作用を明らかにすべく、中性子非弾性散乱実験を行い、高エネルギー位置に現れるピークのほかに、低エネルギー領域にもピークが存在することを発見した。後者は超伝導転移温度の上下で大きく温度変化することから、重い準粒子励起に対応するものと同定された。これらの実験結果をもとに、「5f電子の遍歴・局在2重性」モデルを用いて解析を行い、(1)上記の高エネルギー成分が磁気励起子(局在成分)に対応すること、および(2)それが重い準粒子(遍歴的成分)間に引力をもたらすこと、を示した。これにより、反強磁性秩序状態における磁気的作用によって超伝導が誘起される初めての例が示されたことになる。この成果は、Nature,410(2001)340-343.に掲載された。
2.UNi_2Al_3における磁性と超伝導
UNi_2Al_3はUPd_2Al_3と同型の結晶構造をもち、反強磁性と超伝導が共存するなどの共通する側面をもつ一方、一様磁化率における異方性には大きな違いが見られていた。我々は、磁気秩序構造を詳細に決定し、さらにトリプレット・クーパー対が形成されていることを示した。UPd_2Al_3と比較した場合、磁気秩序状態の相違が超伝導クーパー対の対称性の相違につながっているものとの推測を行ったが、それを実験的に明らかにするまでには至らなかった。
3.UGe_2およびURu_2Si_2における磁性と超伝導の相関
ごく最近、UGe_2において強磁性と超伝導との共存が発見され、大きな話題となっている。我々は単結晶育成と高圧下における磁化測定とを行い、強磁性と超伝導が競合的に共存している可能性を指摘した。これは欧米等の他の研究グループの見解を覆すものである。後者に関しても、高圧下熱膨張測定により新しい相転移に伴う異常を発見し、圧力対温度空間における磁気相図を完成した。

研究成果

• [文献書誌] T.Nishioka, G.Motoyama, S.Nakamura H.Kadoya, N.K.Sato: "Unusual nature of ferromagnetism coexisting with superconductivity in UGe_2"Phys. Rev. Lett.. 88. 237203-1-237203-4 (2002)
• [文献書誌] T.Sakon, N.K.Sato, Y.Nakanishi, T.Komatsubara, M.Motokawa: "Magnetic phase diagram of UPd_2Al_3 in high magnetic fields"Jpn. J. Appi. Phys.. 41. 3673-3677 (2002)
• [文献書誌] K.Ishida, N.K.Sato, N.Aso, C.Geibel, F.Steglich 他: "Spin-triplet superconductivity in UNi_2Al_3 revealed by the ^<27>Al Knight shift measurement"Phys. Rev. Lett.. 89. 037002-1-037002-4 (2002)
• [文献書誌] G.Motoyama, T.Nishioka, N.K.Sato: "Crystal field effect on specific heat and magnetization of PrPd_2Al_3"J. Phys. Soc. Jpn.. 71. 1609-1610 (2002)
• [文献書誌] N.K.Sato: "Magnetism and superconductivity in UT_2Al_3(T=Pd, Ni) and UGe_2"Physica C (Proceedings of LT23, Hiroshima, 2002). 534-553 (2003)
• [文献書誌] G.Motoyatna, Y.Ushida, T.Nishioka, N.K.Sato: "Magnetic and superconducting properties under high pressure in URu_2Si_2"Physica B (Proceedings of LT23, Hiroshima, 2002). (印刷中). (2003)