量子臨界点近傍にあるCe、U化合物の極低温圧力下磁化測定

2003 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 14540335
• 研究機関: 名古屋大学
• 研究代表者: 西岡 孝 名古屋大学, 大学院・理学研究科, 助手 (10218117)
• 研究分担者: 佐藤 憲昭 名古屋大学, 大学院・理学研究科, 助教授 (30170773)
• キーワード: 重い電子系超伝導体 / 巨視的トンネル効果 / 高圧・極低温磁化測定 / 強磁性体 / UGe_2

研究概要

強磁性体UGe_2は圧力下で超伝導と強磁性が共存する非常に興味深い物質である。今までUGe_2の常圧における強磁性の性質は、通常の強磁性体と同様なものであると考えられてきた。本研究の成果は、UGe_2の常圧における強磁性は極めて異常であることを発見し、その異常と超伝導の出現に関連があることを明らかにしたことである。
我々が発見したUGe_2の異常とは1K以下の極低温で、強磁性履歴曲線に磁化のとびが現れるというものである。この磁化のとびが巨視的トンネル効果(MQT)によっておこっている可能性を圧力下・極低温の磁化測定をすることにより明らかにした。我々の得た重要な実験事実は以下のようなものである。(1)磁化のとびは保持力で起こる。(2)保持力は強磁性転移温度以下で、温度が低下するとともに増加していくが、1K以下で一定となる。この一定となった温度領域で磁化のとびが見られる。(3)磁化のとびが起こる磁場は磁場掃引速度には依存しない。これらの実験事実は核生成によるMQTが原因で起こっている可能性を示唆する。
磁化のとびと超伝導の出現の関連に関しても重要な情報を得た。UGe_2には、強磁性転移、超伝導転移のほかに原因が不明の「未知の相転移」がある。この未知の相転移が消失する圧力付近で超伝導転移温度及び超伝導の体積分率が最大になることから、超伝導の出現には強磁性転移よりも未知の相転移が重要な役割を果たしていると考えられている。我々は圧力下の磁化測定を行い、磁化のとびと未知の相転移の関係を調べることにより、未知の相転移が消失すると同時に磁化のとびも消失することを明らかにした。従って、磁化のとびと超伝導の出現には何らかの相関があると考えられる。また、未知の相転移温度における新しいいくつかの異常を発見した。
これらの実験を行うためには、1K以下の極低温、10kbar以上での圧力下の磁化測定が必要とされる。我々は本研究において、そのような装置の開発を行った。特に、市販のホール素子を用いて開発したホール磁化測定器は0.1K以下、10kbar以上での磁化測定を非常に容易に可能にするものである。

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"Physical Review Letters. 88・10. 237203-1-237203-4 (2002)
• [文献書誌] T.Nishioka, G.Motoyama, S.Nakamura, N.K.Sato: "Nature of Ferromagnetic Phase in Pressure-Induced Ferromagnetic Superconductor UGe"Acts Physica Polonica B. 34・3. 485-488 (2003)
• [文献書誌] T.Nishioka, G.Motoyama, S.Nakamura, N.K.Sato: "Unusual ferromagnetic behavior in UGe_2"Physica C. 388-389. 529-530 (2003)
• [文献書誌] H.Nakane, G.Motoyama, S.Nakamura, T.Nishioka.N.K.Sato: "Ac magnetic susceptibility measurements on UGe_2"Physica C. 388-389. 531-532 (2003)
• [文献書誌] Y.Ushida, T.Nishioka, G.Motoyama, S.Nakamura, N.K.Sato: "Thermal expansion measurement under high pressure of UGe_2"Physica C. 388-389. 388-389 (2003)
• [文献書誌] Y.Ushida, H.Nakane K.Kimura T.Tsuzuki, T.Nishioka S.Inoue K.Matsushita N.K.Sato: "Construction of a ^3He cryostat using a charcoal sorption pump"Physica C. 388-389. 1602-1603 (2003)