研究課題
本研究では、エキゾチック超伝導体CeCoIn5が示す異常な超伝導物性「磁気変調を伴う超伝導相(Q相)」や「レゾナンスピーク」の機構と、それらに対する量子臨界揺らぎの役割を解明するため、CeCoIn5のZnイオンおよびNiイオン置換系に対して巨視・微視的研究を行っている。特に、イオン置換量を制御することによって、磁気秩序や非フェルミ液体状態の性質やそれと異常超伝導状態の相関を明らかにすることを目指している。前年度は、CeCoIn5でみられる磁場誘起量子臨界点の起源が、Znイオンを置換した系で見出した磁場誘起反強磁性相の秩序変数であることを明らかにした。今年度は、共同研究者と進めているミュオンスピン緩和などの先端的微視測定によって、Znイオン置換系では上記の磁場誘起量子臨界点とは別に、低磁場領域で超伝導相内に反強磁性量子臨界点が存在し、そこでは超伝導の磁場侵入長が発散傾向を示すことを発見した。これは超伝導相内に絶対零度での2次相転移である量子臨界点が共存でき、その周りでの量子スピン揺らぎは超伝導電子対形成と本質的に結びついていることを示す証拠である。構造転移などの他の要素を含まない純粋な磁気量子臨界点が超伝導相と共存することを、強相関超伝導体で初めて発見した成果であり、国際的な学術雑誌にその成果を公表した。さらにこの結果を踏まえ中性子散乱実験を実行し、磁気秩序相およびその揺らぎを観測することによって、量子臨界現象に関係する微視情報を得ることに成功した。また、国際共同研究での核磁気共鳴実験によって、CeCoIn5のNiイオン置換系ではNiイオン混入による超伝導の抑制に伴い特異な反強磁性揺らぎが明瞭に現れることを発見し、関連する成果を国際的な学術誌論文として公表した。
2: おおむね順調に進展している
本年度は、CeCoIn5の様々な異常超伝導物性の起源やそれと量子スピン揺らぎとの関係性を理解するために、ZnおよびNiイオン置換系における量子臨界揺らぎの微視研究を国内外の共同研究者とともに展開することができ、それらに関する重要な知見を2編の学術誌論文として公表することができた。また、上記の系に関する知見をもとにして電子相関の強い系で見られる異常物性の研究を新たに展開することができ、上記論文とは別に2編の学術誌論文として公表することができた。これらの結果をもとに、現在、さらに複数の論文を国際学術誌に投稿する準備中である。さらに、次年度以降に行うべき課題が明確になり、CeCoIn5の様々な異常物性の起源や量子スピン揺らぎとの関係性の包括的な理解に向け、推進できる状況にある。
今後の研究計画として、まずZn置換系に関しては、磁気秩序と超伝導秩序の相関に関する微視的な知見を得るために、量子臨界点近傍での中性子散乱などの微視測定を引き続き行っていく。また、共同研究者とともにミュオンスピン緩和や核磁気共鳴実験、角度分解光電子分光実験を行っていく。Ni置換系に関しては、今年度発見した超伝導臨界磁場近傍における伝導異常をより確かにする追加実験を行い、早急に成果を公表していく。これらの実験結果を得ることによって、本課題の目標であるCeCoIn5の様々な異常物性の起源に対する包括的な理解を目指していく。
量子ビーム実験実施のためにイギリスへの渡航を予定していたが、渡航先の外国機関との再調整が必要となり実験を次年度に行うことになったため、必要な助成金を次年度に使用する。
すべて 2023 2022 その他
すべて 国際共同研究 (2件) 雑誌論文 (4件) (うち国際共著 3件、 査読あり 4件) 学会発表 (8件) (うち招待講演 1件) 備考 (1件)
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https://www.ibaraki.ac.jp/news/uploads/2022/11/PressRelease_QuantumCriticalPoint_221129.pdf
