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

2018 年度 実績報告書

• 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 原子力科学研究所 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: ウラン系強磁性超伝導 / 高圧下磁化測定 / スピンのゆらぎ / 臨界指数

研究実績の概要

ウラン系強磁性超伝導物質UGe_2の高圧下磁化測定を、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（セラミックアンビルセル）を用いて行った。磁化データを高橋によるスピンのゆらぎ理論を用いて解析して、スピンの揺らぎの特性温度T_0等を求め、動的磁性の圧力効果と超伝導出現の対応関係を調べた。昨年度までの研究から、UGe_2のT_0はFM1／FM2の相境界近辺（1.2 GPa）で異常な増大を示し、その圧力依存は超伝導転移温度T_scのそれとスケールすることが明らかにされた。これは超伝導出現とも関係する強磁性ゆらぎが高圧下で発達することを意味する。
今年度は、圧力セルに皿バネを導入して圧力の質を向上させ、より静水圧性の高い状況でT_0の圧力依存を調べた。その結果、T_0の増大はFM1においてのみ現れることが明らかにされた。動的磁性と超伝導の相関について、FM1とFM2の違いが明確になり、超伝導の特性も２相で異なることが示唆される。
さらに、ウラン強磁性化合物URhSiの磁気臨界現象を調べた。URhSiの自発磁化／磁化率の温度依存の臨界指数を精密に決定した。URhSiの強磁性状態は一軸磁気異方性が大きいことが特徴的である。しかし、臨界現象のユニバーサリティクラスは三次元イジングモデルに属さないことが明らかになった。URhSiの臨界指数は、ウラン系強磁性超伝導物質UGe_2とURhGeのそれらと類似しており、過去の臨界現象に関する理論では説明できない。URhSiの臨界現象は新奇なユニバーサリティクラスに属することが明らかにされた。また、参照物質としてウラン強磁性化合物UGa_2とUCu_2Ge_2の臨界指数も決定した。

研究成果

• [国際共同研究] カレル大学(チェコ)
  • 国名: チェコ
  • 外国機関名: カレル大学
• [雑誌論文] Novel critical behavior of magnetization in URhSi: Similarities to the uranium ferromagnetic superconductors UGe2 and URhGe (2019)
  • 著者名/発表者名: N. Tateiwa, Y. Haga,and E. Yamamoto
  • 雑誌名: Physical Review B 巻: 99 ページ: 094417-1-12
  • DOI: 10.1103/PhysRevB.99.094417
  • 査読あり
• [雑誌論文] Phenomenological approach to study the degree of the itinerancy of the 5f electrons in actinide ferromagnets with spin fluctuation theory (2018)
  • 著者名/発表者名: N. Tateiwa, J. Pospisil, Y. Haga, H. Sakai, T. D. Matsuda, and E. Yamamoto
  • 雑誌名: Progress in Nuclear Science and Technology 巻: 5 ページ: 104-107
  • DOI: 10.15669/pnst.5.104
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Strong correlation between ferromagnetic superconductivity and pressure-enhanced ferromagnetic fluctuations in UGe2 (2018)
  • 著者名/発表者名: N. Tateiwa, Y. Haga, and E. Yamamoto
  • 雑誌名: PHYSICAL REVIEW LETTER 巻: 121 ページ: 237001-1-6
  • DOI: 10.1103/PhysRevLett.121.237001
  • 査読あり
• [雑誌論文] Magnetic field induced phenomena in UIrGe in fields applied along the b axis (2018)
  • 著者名/発表者名: J. Pospisil, Y. Haga, Y. Kohama, A. Miyake, S. Kambe, N. Tateiwa, M. Valiska, P. Proschek, J. Prokleska, V. Sechovsky, M. Tokunaga, K. Kindo, A. Matsuo, and E. Yamamoto
  • 雑誌名: PHYSICAL REVIEW B 巻: 98 ページ: 014430-1-7
  • DOI: 10.1103/PhysRevB.98.014430
  • 査読あり / 国際共著
• [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
• [学会発表] URh6X4(X=Si Ge)の電子状態と伝導特性 (2019)
  • 著者名/発表者名: 芳賀芳範, 松本裕司, 立岩尚之, 山本悦嗣, 山村朝雄
  • 学会等名: 日本物理学会第74回年次大会
• [学会発表] ウラン強磁性化合物UGe2の高圧下磁化測定 III (2019)
  • 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74回年次大会
• [学会発表] ウラン系強磁性超伝導物質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: 第59回高圧討論会
• [学会発表] ウラン強磁性超伝導物質UGe2を中心とした高圧下磁化測定による研究 (2018)
  • 著者名/発表者名: 立岩 尚之, 芳賀 芳範, 山本 悦嗣, Jiri Pospisill
  • 学会等名: 日本物理学会2018年秋季大会(物性)
• [学会発表] ウラン化合物強磁性体URh6Si4単結晶の物性及び関連物質の探索 (2018)
  • 著者名/発表者名: 芳賀 芳範, 松本 裕司, 立岩 尚之, 山本 悦嗣
  • 学会等名: 日本物理学会2018年秋季大会(物性)
• [学会発表] ナローギャップ半導体b-US2の33^S-NMR (2018)
  • 著者名/発表者名: 酒井宏典, 服部泰佑, 比嘉 野乃花, 徳永 陽, 立岩 尚之, 山本 悦嗣, 芳賀 芳範, 神戸 振作, A. P. Reyes, E. D. Bauer, F. Ronning, J. D. Thompson
  • 学会等名: 日本物理学会2018年秋季大会(物性)
• [学会発表] 33^S-NMR study in b-US2 (2018)
  • 著者名/発表者名: H. Sakai, T. Hattori, N. Higa, Y. Tokunaga, N. Tateiwa, E. Yamamoto, Y. Haga, S. Kambe, A. P. Reyes, E. D. Bauer, F. Ronning, J. D. Thompson
  • 学会等名: International Workshop on Dual Nature of f-electrons (IWDN 2018)
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Ferromagnetic superconductivity mediated by pressure-enhanced spin fluctuation developed around the phase boundary of FM1 and FM2 in UGe2 (2018)
  • 著者名/発表者名: N. Tateiwa Y. Haga, and E. Yoshinori
  • 学会等名: 21st International Conference on Magnetism (ICM 2018)
  • 国際学会
• [備考] 日本原子力研究開発機構 先端基礎研究センター
  • URL: https://asrc.jaea.go.jp/soshiki/gr/MatPhysHeavyElements/index.html