純良単結晶によるウラン系エキゾチック超伝導の対称性と磁気応答の研究

2019 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 17K14328
• 研究機関: 東北大学
• 研究代表者: 清水 悠晴 東北大学, 金属材料研究所, 助教 (90751115)
• 研究期間 (年度): 2017-04-01 – 2020-03-31
• キーワード: ウラン化合物 / 非従来型超伝導 / 超伝導対称性 / 磁気応答 / 純良単結晶 / 強磁場物性

研究実績の概要

本研究では強い相関を持つ遍歴5f電子がもとになって非従来型超伝導を示すウラン化合物に着目し、超伝導対称性及び非フェルミ液体異常の解明を目指し研究を進めてきた。2019年度はウラン系超伝導や非フェルミ液体的状態の研究にとどまらず、5f電子系の強磁場物性や新奇磁性体の探索も行った。

まず、前年度から継続して重い電子系超伝導体UBe13及びTh置換系の単結晶・多結晶における極低温電気抵抗・比熱測定を行った。2018年度後半に発表したUBe13における高圧下極低温実験では、超伝導の消失とその非フェルミ液体状態‐フェルミ液体クロスオーバーが6GPaで同時に起こることを突き止めたが、一方でUBe13系において格子定数を大きくする「負の圧力効果」をもたらすTh置換（或はUの希釈効果）によって、この系の異常な超伝導・常伝導相がどのように変化するかも系統的にアプローチした。その結果U1-xThxBe13でも非フェルミ液体状態‐フェルミ液体クロスオーバーが観測され、さらには母物質UBe13の圧力下で観測されたように、負の磁気抵抗が正の磁気抵抗に切替わる振舞いが観測された。UBe13の超伝導とその非フェルミ液体状態（磁気抵抗の振舞い）が密接に関わっていることを示す、重要な結果である。

また非従来型超伝導体UPd2Al3・UNi2Al3および置換系U(Pd1-xNix)2Al3のパルス強磁場磁化測定も実施した。これらの系や新奇超伝導体UTe2において極低温磁化・比熱測定も併せて行った。特にパルス強磁場磁化測定からはU(Pd1-xNix)2Al3における遍歴メタ磁性転移を観測し、UNi2Al3に関する磁化測定ではウラン系における最高磁場下（78テスラ）でのメタ磁性を観測することに成功した。さらにU(Pd1-xNix)2Al3系における磁化率極大現象とメタ磁性転移点に系統的な関係があることを見出した。

備考

(1) 国際プレスリリース"Triplet Superconductivity Demonstrated Under High Pressure"
(2) 科学新聞 3753号4面：ウラン化合物の「メタ磁性」世界最高磁場を観測（2019年11月15日）

研究成果

• [国際共同研究] CEA-Grenoble/LNCMI, CNRS-UPS-INSA-UGA(フランス)
  • 国名: フランス
  • 外国機関名: CEA-Grenoble/LNCMI, CNRS-UPS-INSA-UGA
• [雑誌論文] Spin-Triplet Superconductivity in UTe2 and Ferromagnetic Superconductors (2020)
  • 著者名/発表者名: Aoki Dai、Nakamura Ai、Honda Fuminori、Li DeXin、Homma Yoshiya、Shimizu Yusei、Sato Yoshiki J.、Knebel Georg、Brison Jean-Pascal、Pourret Alexandre、Braithwaite Daniel、Lapertot Gerard、Niu Qun、Valiska Michal、Harima Hisatomo、Flouquet Jacques
  • 雑誌名: JPS Conf. Ser. 巻: 30 ページ: 011065-1-6
  • DOI: 10.7566/JPSCP.30.011065
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Magnetic and Electronic Properties of the Ternary Compound U2T3Si5 (T = Rh, Ir) (2020)
  • 著者名/発表者名: Honda Fuminori、Kawamura Naomi、Li Dexin、Hirose Yusuke、Homma Yoshiya、Nakamura Ai、Shimizu Yusei、Maurya Arvind、Sato Yoshiki J.、Aoki Dai
  • 雑誌名: JPS Conf. Ser. 巻: 29 ページ: 013002-1-6
  • DOI: 10.7566/JPSCP.29.013002
  • 査読あり
• [雑誌論文] Rare-Earth Atomic Motion in RBe13 (R: La, Pr, Sm) (2020)
  • 著者名/発表者名: Tsutsui Satoshi、Shimizu Yusei、Hidaka Hiroyuki、Koriki Akinari、Murata Ryoya、Yoda Yoshitaka、Yanagisawa Tatsuya、Amitsuka Hiroshi
  • 雑誌名: JPS Conf. Ser. 巻: 30 ページ: 011115-1-6
  • DOI: 10.7566/JPSCP.30.011115
  • 査読あり
• [雑誌論文] Single Crystal Growth and de Haas-van Alphen Effect of Non-Centrosymmetric Heavy-Fermion Compound UPt5 (2020)
  • 著者名/発表者名: Sato Yoshiki J.、Harima Hisatomo、Nakamura Ai、Maurya Arvind、Shimizu Yusei、Homma Yoshiya、Li Dexin、Honda Fuminori、Aoki Dai
  • 雑誌名: JPS Conf. Ser. 巻: 30 ページ: 011171-1-6
  • DOI: 10.7566/JPSCP.30.011171
  • 査読あり
• [雑誌論文] Single Crystal Growth and Anisotropy of the Upper Critical Field of CeIr3 (2020)
  • 著者名/発表者名: Sato Yoshiki J.、Shimizu Yusei、Honda Fuminori、Nakamura Ai、Homma Yoshiya、Maurya Arvind、Li Dexin、Aoki Dai
  • 雑誌名: JPS Conf. Ser. 巻: 29 ページ: 011007-1-5
  • DOI: 10.7566/JPSCP.29.011007
  • 査読あり
• [雑誌論文] Electrical Transport under Pressure in Non-centrosymmetric URhSn (2020)
  • 著者名/発表者名: Maurya Arvind、Honda Fuminori、Shimizu Yusei、Nakamura Ai、Sato Yoshiki J.、Homma Yoshiya、Li DeXin、Aoki Dai
  • 雑誌名: JPS Conf. Ser. 巻: 29 ページ: 014003-1-6
  • DOI: 10.7566/JPSCP.29.014003
  • 査読あり
• [雑誌論文] Multiple Superconducting Phases and Unusual Enhancement of Upper Critical Field in UTe2 (2020)
  • 著者名/発表者名: Aoki Dai、Honda Fuminori、Knebel Georg、Braithwaite Daniel、Nakamura Ai、 Li DeXin、Homma Yoshiya、Shimizu Yusei、Sato Yoshiki J. 、Brison Jean-Pascal、Flouquet Jacques
  • 雑誌名: Journal of the Physical Society of Japan 巻: 89 ページ: 053705-1-5
  • DOI: 10.7566/JPSJ.89.053705
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Anisotropy of the Upper Critical Field in the Heavy-Fermion Superconductor UTe2 under Pressure (2020)
  • 著者名/発表者名: Knebel Georg、Kimata Motoi、Valiska Michal、Honda Fuminori、Li DeXin、Braithwaite Daniel、Lapertot Gerard、Knafo William、Pourret Alexandre、Sato Yoshiki J.、Shimizu Yusei、Kihara Takumi、Brison Jean-Pascal、Flouquet Jacques、 Aoki Dai
  • 雑誌名: Journal of the Physical Society of Japan 巻: 89 ページ: 053707-1-5
  • DOI: 10.7566/JPSJ.89.053707
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Metamagnetic Transition in Heavy Fermion Superconductor UTe2 (2019)
  • 著者名/発表者名: Miyake Atsushi、Shimizu Yusei、Sato Yoshiki J.、Li Dexin、Nakamura Ai、Homma Yoshiya、Honda Fuminori、Flouquet Jacques、Tokunaga Masashi、Aoki Dai
  • 雑誌名: Journal of the Physical Society of Japan 巻: 88 ページ: 063706-1-5
  • DOI: 10.7566/JPSJ.88.063706
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] 125Te-NMR Study on a Single Crystal of Heavy Fermion Superconductor UTe2 (2019)
  • 著者名/発表者名: Tokunaga Yo、Sakai Hironori、Kambe Shinsaku、Hattori Taisuke、Higa Nonoka、Nakamine Genki、Kitagawa Shunsaku、Ishida Kenji、Nakamura Ai、Shimizu Yusei、Homma Yoshiya、Li DeXin、Honda Fuminori、Aoki Dai
  • 雑誌名: Journal of the Physical Society of Japan 巻: 88 ページ: 073701-1-4
  • DOI: 10.7566/JPSJ.88.073701
  • 査読あり
• [雑誌論文] Magnetic Fluctuation and First-Order Transition in Trillium Lattice of EuPtSi Observed by 151Eu Mossbauer Spectroscopy (2019)
  • 著者名/発表者名: Homma Yoshiya、Kakihana Masashi、Tokunaga Yo、Yogi Mamoru、Nakashima Miho、Nakamura Ai、Shimizu Yusei、Li Dexin、Maurya Arvind、Sato Yoshiki J.、Honda Fuminori、Aoki Dai、Amako Yasushi、Hedo Masato、Nakama Takao、Onuki Yoshichika
  • 雑誌名: Journal of the Physical Society of Japan 巻: 88 ページ: 094702-1-8
  • DOI: 10.7566/JPSJ.88.094702
  • 査読あり
• [雑誌論文] Observation of a metamagnetic transition in the 5f heavy-fermion compound UNi2Al3: Magnetization studies up to 90 T for single-crystalline U(Pd1-xNix)2Al3 (2019)
  • 著者名/発表者名: Mochidzuki Kenji、Shimizu Yusei、Kondo Akihiro、Matsuo Akira、Li Dexin、Aoki Dai、Homma Yoshiya、Honda Fuminori、Flouquet Jacques、Nakamura Daisuke、Takeyama Shojiro、Kindo Koichi
  • 雑誌名: Physical Review B 巻: 100 ページ: 165137-1-8
  • DOI: 10.1103/PhysRevB.100.165137
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Superconducting Properties of Heavy Fermion UTe2 Revealed by 125Te-nuclear Magnetic Resonance (2019)
  • 著者名/発表者名: Nakamine Genki、Kitagawa Shunsaku、Ishida Kenji、Tokunaga Yo、Sakai Hironori、Kambe Shinsaku、Nakamura Ai、Shimizu Yusei、Homma Yoshiya、Li Dexin、Honda Fuminori、Aoki Dai
  • 雑誌名: Journal of the Physical Society of Japan 巻: 88 ページ: 113703-1-4
  • DOI: 10.7566/JPSJ.88.113703
  • 査読あり
• [学会発表] Unconventional superconductivity and non-Fermi-liquid behavior in pure and Th-doped UBe13 (2019)
  • 著者名/発表者名: Yusei Shimizu, Fuminori Honda, Yoshiki J. Sato, Arvind Maurya, Yoshiya Homma, Dexin Li, Ai Nakamura, Dai Aoki, Shunichiro Kittaka, Shota Nakamura, and Toshiro Sakakibara
  • 学会等名: J-Physics 2019 International Conference & KINKEN-WAKATE 2019 Multipole Physics
  • 国際学会
• [備考] 国際プレスリリース（タイトルは備考欄）
  • URL: https://www.eurekalert.org/pub_releases/2019-04/tu-tsd041719.php
• [備考] 東北大学・東京大学プレスリリース『ウラン化合物における「メタ磁性」の世界最高磁場を記録』
  • URL: http://www.imr.tohoku.ac.jp/ja/news/results/detail---id-1164.html