2020 年度研究成果報告書

α-Mnにおける高圧下での磁気ゆらぎ超伝導の探索

研究課題

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研究課題/領域番号	18K03517
研究種目	基盤研究(C)
配分区分	基金
応募区分	一般
審査区分	小区分13030:磁性、超伝導および強相関系関連
研究機関	岡山大学
研究代表者	小林達生岡山大学, 自然科学研究科, 教授 (80205468)
研究期間 (年度)	2018-04-01 – 2021-03-31
キーワード	マンガン / 高圧 / 異常ホール効果 / 磁性 / 超伝導探索
研究成果の概要	α-Mnの圧力－温度相図を決定した。高圧下で弱い強磁性(WFM)相を発見し，ここで巨大な異常ホール効果が観測された。秩序構造の変化により現れる異常ホール効果は初めての例であり，ベリー曲率に起因し，強磁性と同じ既約表現をもつ磁気秩序状態で現れているものと考えられる。WFM相が消失する臨界圧力では，電気抵抗は広い温度範囲で温度の5/3乗に従い，強磁性ゆらぎの存在を示唆する。17 GPaまでの圧力領域で超伝導探索を行ったが，50 mKまでの温度範囲で観測されなかった。反転対称性のない結晶構造で強磁性ゆらぎが存在すると，クーパー対の形成に必要なバンドの縮退がないことが原因と考えられる。
自由記述の分野	物性実験
研究成果の学術的意義や社会的意義	α-Mnは単体金属であるが，高圧物性がほとんど明らかになっていない。本研究では純良単結晶の作成に成功し，その高圧物性を明らかにした。Mnは他の高温相を含め，反強磁性体として知られており，わずか1.4 GPaの圧力で弱い強磁性を示すことは驚きであった。異常ホール効果の起源については近年理解が進み，電子が感じるベリー位相と関係があることが提案されてきたが，α-Mnで発見された秩序構造の変化により現れる異常ホール効果はこれを直接的に示しており，学術的意義は大きい。ホール効果は応用にも重要であり，社会的意義も大きいと言える。期待された超伝導は観測されなかったが、その理由も明らかになった。