先進的な高圧下物性測定技術によるウラン強磁性超伝導物質の研究

2017 年度 実施状況報告書

• 研究課題/領域番号: 16K05463
• 研究機関: 国立研究開発法人日本原子力研究開発機構
• 研究代表者: 立岩 尚之 国立研究開発法人日本原子力研究開発機構, 原子力科学研究部門 先端基礎研究センター, 研究主幹 (50346821)
• 研究期間 (年度): 2016-04-01 – 2019-03-31
• キーワード: 高圧実験 / ウラン系強磁性超伝導

研究実績の概要

申請代表者が開発した10GPa級静水圧下磁化測定用圧力セルを用いて、ウラン系強磁性超伝導物質UGe_2の高圧下磁化測定を行った。「スピンゆらぎ理論」を用いて磁化データの解析し、動的磁性に関して研究を行った。その結果、スピンの揺らぎ特性温度T_0がUGe_2の高圧相FM1、FM2の相境界近辺で異常な振る舞いを示し、T_0の圧力依存が超伝導転移温度T_scのそれとスケールすることが明らかにされた。これはUGe_2の超伝導と強磁性揺らぎの強い相関を示すものである。今後より詳細に測定を進め、強磁性超伝導と強磁性ゆらぎのエネルギースケールについて定量的観点から調査を進める。
また、一軸圧力下磁化測定用圧力セルが完成し、常磁性物質UCoAlについて実験を行った。一軸圧力が誘起する強磁性状態を観測し、その基本的な磁気特性に関するパラメーターが決定された。現在、その動的特性について調査中である。

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

ウラン系強磁性超伝導物質UGe_2について強磁性と超伝導の相関を動的磁性の観点から明らかにすることができた。また一軸加圧型セルも完成してUCoAlの研究が進行中である。

今後の研究の推進方策

1.UGe_2の研究をさらに進める。「超伝導が現れる特異な強磁性状態」に視点を置き、「スピンゆらぎ理論」を用いた磁化データの解析を行う。平成29年度の明らかにされた超伝導出現と動的磁性の対応関係についてより詳細な調査を行う。超伝導出現と磁気ゆらぎの相関が指摘されてきた銅酸化物超伝導や希土類重い電子系化合物と比較する。ウラン系強磁性超伝導物質の磁気ゆらぎと超伝導の関係について、その特異性を明らかにする。

2. 常磁性物質UCoAlの一軸圧力が誘起する強磁性状態について研究を進める。温度ー磁場ー圧力相図において強磁性転移温度が形成する"wing structure"に着目し、強磁性相境界で発達する強磁性ゆらぎとその特異な電子状態の関係を明らかにする。

次年度使用額が生じた理由

静水圧下磁化測定用圧力セルの仕様変更を一部計画したため、次年度使用額が生じることとなった。平成30年度に関係する部品を購入する費用として使用する。

研究成果

• [雑誌論文] Consecutive magnetic phase diagram of UCoGe-URhGe-UIrGe system (2018)
  • 著者名/発表者名: J. Pospisil, Y. Haga, A. Miyake, S. Kambe, N. Tateiwa, Y. Tokunaga, F. Honda, A. Nakamura, Y. Homma, M. Tokunaga, D. Aoki, and E. Yamamoto
  • 雑誌名: PHYSICA B-CONDENSED MATTER 巻: 536 ページ: 532-534
  • DOI: 10.1016/j.physb.2017.10.050
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Crystallographic, Magnetic, Thermal, and Electric Transport Properties in UPtIn Single Crystal (2018)
  • 著者名/発表者名: Y. Matsumoto, Y. Haga, N. Tateiwa, E. Yamamoto, and Z. Fisk
  • 雑誌名: Journal of the Physical Society of Japan 巻: 87 ページ: 024706-1-4
  • DOI: doi.org/10.7566/JPSJ.87.024706
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Critical behavior of magnetization in URhAl: Quasi-two-dimensional Ising system with long-range interactions (2018)
  • 著者名/発表者名: N. Tateiwa, J. Pospisil, Y. Haga, and E. Yamamoto
  • 雑誌名: Physical Review B 巻: 97 ページ: 064423-1-10
  • DOI: 10.1103/PhysRevB.97.064423
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Switching of magnetic ground states across the UIr1-xRhxGe alloy system (2017)
  • 著者名/発表者名: J. Pospisil, Y. Haga, S. Kambe, Y. Tokunaga, N. Tateiwa, D. Aoki, F. Honda, A. Nakamura, Y. Homma, E. Yamamoto, and T. Yamamura
  • 雑誌名: Physical Review B 巻: 95 ページ: 155138-1-15
  • DOI: 10.1103/PhysRevB.95.155138
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] ScPd2Al3 - New polymorphic phase in Al-Pd-Sc system (2017)
  • 著者名/発表者名: J. Pospisil, Y. Haga, K. Nakajima, N. Ishikawa, I. Cisarovam N. Tateiwa, E. Yamamoto, and T. Yamamura
  • 雑誌名: SOLID STATE COMMUNICATIONS 巻: 268 ページ: 12-14
  • DOI: 10.1016/j.ssc.2017.09.001
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Pressure studies on the antiferromagnetic Kondo semiconductor Ce(Ru1－xRhx)2Al10 (x = 0,0.1) (2017)
  • 著者名/発表者名: H. Tanida, K. Kitagawa, N. Tateiwa, M. Sera, and T. Nishioka
  • 雑誌名: Physical Review B 巻: 96 ページ: 235131-1-7
  • DOI: 10.1103/PhysRevB.96.235131
  • 査読あり
• [雑誌論文] Itinerant ferromagnetism in actinide 5 f -electron systems: Phenomenological analysis with spin fluctuation theory (2017)
  • 著者名/発表者名: N. Tateiwa, J. Pospisil, Y. Haga, H. Sakai, T. D. Matsuda, and E. Yamamoto
  • 雑誌名: Physical Review B 巻: 96 ページ: 035125-1-15
  • DOI: 10.1103/PhysRevB.96.035125
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Electronic structure of ThRu2Si2 studied by angle-resolved photoelectron spectroscopy: Elucidating the contribution of U 5 f states in URu2Si2 (2017)
  • 著者名/発表者名: S. Fujimori, M. Kobata, Y. Takeda, T. Okane, Y. Smith, a. Fujimori, H. Yamagami, Y. Matsumoto, E. Yamamoto, N. Tateiwa and Y. Haga
  • 雑誌名: Physical Review B 巻: 96 ページ: 125117-1-9
  • DOI: 10.1103/PhysRevB.96.125117
  • 査読あり
• [学会発表] ウラン強磁性化合物UGe2の高圧下磁化測定 (2018)
  • 著者名/発表者名: 立岩尚之、芳賀芳範、山本悦嗣
  • 学会等名: 日本物理学会第73回年次大会
• [学会発表] アクチノイド5f電子系強磁性化合物のスピンのゆらぎ特性温度について (2017)
  • 著者名/発表者名: 立岩尚之、J. Pospisil、芳賀芳範、酒井宏典、松田達磨、山本悦嗣
  • 学会等名: 日本物理学会 2017年秋季大会
• [学会発表] ウラン系強磁性超伝導物質の高圧下磁化測定 (2017)
  • 著者名/発表者名: 立岩尚之、芳賀芳範、山本悦嗣
  • 学会等名: 第58回高圧討論会
• [学会発表] Application of miniature high pressure cell for magnetic measurements to study on strongly correlated electron system (2017)
  • 著者名/発表者名: N. Tateiwa
  • 学会等名: The 55th European High Pressure Research Group (EHPRG) conference
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Phenomenological approach to study the degree of the itinerancy of the 5f electrons in a actinide ferromagnets with spin fluctuation theory (2017)
  • 著者名/発表者名: N. Tateiwa, J. Pospisil, Y. Haga, H. Sakai, T. D. Matsuda, and E. Yamamoto
  • 学会等名: ACTINIDE 2017
  • 国際学会
• [備考] 日本原子力開発機構/先端基礎研究センター/重元素材料物性研究グループ
  • URL: http://asrc.jaea.go.jp/soshiki/gr/MatPhysHeavyElements/index.html