強相関・多自由度系超伝導体の微視的電子状態に基づいた理論研究

2016 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 15J01476
• 研究機関: 京都大学
• 研究代表者: 野本 拓也 京都大学, 理学研究科, 特別研究員(DC2)
• 研究期間 (年度): 2015-04-24 – 2017-03-31
• キーワード: 異方的超伝導 / 重い電子系 / 超伝導対称性 / 軌道自由度 / 非共型空間群

研究実績の概要

本研究課題は、重い電子系に代表される強相関・多自由度系超伝導体を微視的な立場から理解することを目的としている。本年度は、前年度のUPt3化合物に対する研究で得られた知見から、多自由度系における超伝導対称性の分類学を推し進め、軌道や副格子の自由度が存在する系で現れる特殊な引力機構やギャップ構造の解析を行った。

特に多軌道系のおける超伝導対称性の分類では、軌道自由度とスピン軌道相互作用を陽に考慮することで、従来の一軌道模型を用いた分類で見逃されてきた特殊なノード構造が可能であることを指摘した。また、多軌道系においては、波数依存性のない局所揺らぎを媒介とした異方的超伝導や、スピン揺らぎなどの競合する揺らぎを必要としない異方的s波超伝導などが実現しうる。本課題ではUPt3やBiS2系超伝導体などを対象に、これら多軌道系に特有な超伝導ギャップの実現可能性について議論した。

副格子自由度は系の空間群が非共型となる場合において特に重要な役割を担う。本課題では非共型空間群におけるノード構造の分類を磁気秩序相へ適用することで、反強磁性超伝導体UPd2Al3および強磁性超伝導体UCoGeのギャップ構造を解析し、引力機構の詳細によらない厳密な結果を得た。特にUPd2Al3が属する空間群では、c軸方向のブリュアンゾーン境界にフェルミ面が存在する限り、s波フルギャップの超伝導が禁止されることを示した。またUCoGeにおいては、第一原理計算で得られるフェルミ面を仮定した場合、どの対称性の超伝導が実現してもラインノードが約束されることを示した。これらのノード構造は実験事実ともコンシステントであり、このような非共型空間群に属するギャップ対称性の分類の重要性を示した結果である。

現在までの達成度 (段落)

28年度が最終年度であるため、記入しない。

今後の研究の推進方策

28年度が最終年度であるため、記入しない。

研究成果

• [雑誌論文] Symmetry-Protected Line Nodes in Non-symmorphic Magnetic Space Groups: Applications to UCoGe and UPd2Al3 (2017)
  • 著者名/発表者名: T. Nomoto and H. Ikeda
  • 雑誌名: Journal of the Physical Society of Japan 巻: 86 ページ: 023703
  • DOI: http://dx.doi.org/10.7566/JPSJ.86.023703
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Exotic Multigap Structure in UPt3 Unveiled by a First-Principles Analysis (2016)
  • 著者名/発表者名: T. Nomoto and H. Ikeda
  • 雑誌名: Physical Review Letters 巻: 117 ページ: 217002
  • DOI: https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.117.217002
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Classification of multipole superconductivity in multiorbital systems and its implications (2016)
  • 著者名/発表者名: T. Nomoto, K. Hattori, and H. Ikeda
  • 雑誌名: Physical Review B 巻: 94 ページ: 174513
  • DOI: https://doi.org/10.1103/PhysRevB.94.174513
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Omnidirectional Measurements of Angle-Resolved Heat Capacity for Complete Detection of Superconducting Gap Structure in the Heavy-Fermion Antiferromagnet UPd2Al3 (2016)
  • 著者名/発表者名: Y. Shimizu, S. Kittaka, T. Sakakibara, Y. Tsutsumi, T. Nomoto, H. Ikeda, K. Machida, Y. Homma, and D. Aoki
  • 雑誌名: Physical Review Letters 巻: 117 ページ: 037001
  • DOI: https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.117.037001
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Nodal gap detection through polar angle-resolved density of states measurements in uniaxial superconductors (2016)
  • 著者名/発表者名: Y. Tsutsumi, T. Nomoto, H. Ikeda, and K. Machida
  • 雑誌名: Physical Review B 巻: 94 ページ: 224503
  • DOI: https://doi.org/10.1103/PhysRevB.94.224503
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [学会発表] 多自由度系超伝導体の分類とノード構造 (2017)
  • 著者名/発表者名: 野本拓也
  • 学会等名: 物理学会年次大会
  • 発表場所: 大阪大学
  • 年月日: 2017-03-18
• [学会発表] 多軌道・多自由度系超伝導体における超伝導対称性の研究 (2016)
  • 著者名/発表者名: 野本拓也
  • 学会等名: 基研研究会「超伝導研究の最先端：多自由度、非平衡、電子相関、トポロジー」
  • 発表場所: 京都大学
  • 年月日: 2016-10-10
  • 招待講演
• [学会発表] 非共型磁性空間群によって守られたラインノードの研究：UPd2Al3およびUCoGeへの適用 (2016)
  • 著者名/発表者名: 野本拓也、池田浩章
  • 学会等名: 物理学会秋季大会
  • 発表場所: 金沢大学
  • 年月日: 2016-09-16