| 研究課題/領域番号 |
17K05538
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| 研究機関 | 新潟大学 |
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研究代表者 |
赤津 光洋 新潟大学, 自然科学系, 助教 (10431876)
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| 研究期間 (年度) |
2017-04-01 – 2020-03-31
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| キーワード | マルチバンド超伝導 / 超音波計測 / 静水圧力 / 電気四極子 / 弾性定数 / 超音波吸収係数 / 強磁場 / 鉄系高温超伝導 |
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| 研究実績の概要 |
弾性定数C66が巨大なソフト化を示す縮退したマルチバンドを持つ鉄ヒ素超伝導体Ba(Fe1-xCox)2As2の超伝導の発現機構を明らかにするため、常圧での超音波実験を行った。構造相転移を持つ濃度の試料 (x = 0.036)では、構造相転移点に向かって、発散的な超音波吸収係数の増加をともないながら弾性定数C66が80%以上の巨大なソフト化を示した。これは、臨界緩和現象であり構造相転移の秩序変数が四極子Ov’であると考えられる。一方、超伝導のみを示す試料 (x = 0.071) では、C66は超伝導転移に向かって20%以上のソフト化を示したが発散的ではなかったが、超音波吸収係数のみ発散的振る舞いを示した。解析の結果、これは、超音波吸収係数だけの発散は、Fe2+イオンの2電子を考慮し異方的な四極子相互作用によって現れる十六極子と横波超音波C66モードの持つ回転との一次結合によって現れるものと考えた。これは、十六極子の臨界緩和現象であると考えられ、超伝導の発現に十六極子が重要な役割を果たしていると提案した。
パルス磁場実験をする機会を得たため、パルス磁場を用いた超音波計測により、弾性定数C66の磁場依存性の測定を行った。ノーマル相では、C66の磁場依存性は小さく、C66の巨大なソフト化は、50 T以上の強磁場でもほとんど回復しないことが分かった。また、超伝導の臨界磁場が40 T以上であることを超音波計測でも確認した。これは、C66の巨大なソフト化の起源はスピン由来ではなく電気四極子Ov’であることを改めて示しており、四極子相互作用が超伝導と密接に関わっていることを示唆している。
これらの結果は、超伝導の発現機構を考える上で重要な情報であり、Journal of the Physical Society of Japanへ論文の発表と国内の物理学会で発表を行った。
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| 現在までの達成度 (区分) |
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
本研究課題では、静水圧力下で弾性定数と超音波吸収係数を測定する超音波実験を行うことにより、マルチバンド超伝導体Ba(Fe1-xCox)2As2とA-15超伝導体V3Siにおける電気四極子や回転効果を明らかにし、マルチバンド超伝導体の超伝導の発現機構の解明を目的としている。
Ba(Fe1-xCox)2As2の特徴的な性質を示す母物質、構造相転移を示す試料、構造相転移と超伝導を示す試料、超伝導だけを示す試料の常圧での超音波実験を行い、弾性定数C66の巨大なソフト化と超音波吸収係数の発散的振る舞いを観測し、解析を行い、論文で発表した。また、パルス磁場の実験の機会を得たので、強磁場中超音波実験を行い、C66の巨大なソフト化が強磁場中でもほとんど変わらないことを示し、学会で発表した。
一方、静水圧力セルを用いた静水圧力下超音波実験を進めようとしたが、静水圧力のセッティング中などで試料が破損した。これは、もともとBa(Fe1-xCox)2As2は劈開しやすく壊れやすい試料であるためである。新たな試料の選定のため、量子臨界点近傍の濃度である試料をいくつか選び、まず試料の素性を明らかにするため、常圧での実験を進めている。しかしながら、低温実験のための液体ヘリウムを供給する大学のヘリウム液化機がほぼ半年ほど故障等で停止していたため、若干選定作業が遅れている。
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| 今後の研究の推進方策 |
ヘリウム液化機が現在順調に稼働しているため、鉄系超伝導体Ba(Fe1-xCox)2As2の新たな試料の選定を終えて、量子臨界点近傍に近い濃度の試料から静水圧力下超音波実験を行う。試料の破損に備えて、静水圧力のセッティングの工夫をし、また、新たな試料の育成・準備をしておく。
A-15系超伝導体V3Siについては、構造相転移を示す試料を準備し、まずは常圧での超音波実験を進め、順次静水圧力下超音波実験を進めていく。
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| 次年度使用額が生じた理由 |
本研究課題では、超伝導転移温度が20 K程度と低いため、液体ヘリウムを用いた低温実験を行う必要がある。新潟大学では、液体ヘリウムの供給のためにヘリウム液化機があるが、約半年程度の長期間にわたって故障等の理由により、液体ヘリウムが供給されなかった。そのため、液体ヘリウム代が当初予定より使用できなかった。
現在、ヘリウム液化機が順調に稼働しているため、前年度に液体ヘリウム不足でできなかった実験のために、使用する。
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