新奇ウラン系重い電子系超伝導におけるメタ磁性と超伝導転移

2022 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 20K03854
• 研究機関: 東京大学
• 研究代表者: 三宅 厚志 東京大学, 物性研究所, 助教 (10397763)
• 研究分担者: 青木 大 東北大学, 金属材料研究所, 教授 (30359541)
• 研究期間 (年度): 2020-04-01 – 2023-03-31
• キーワード: UTe2 / スピン三重項超伝導 / メタ磁性転移 / 磁歪 / 価数転移 / 電子比熱係数 / 一次相転移

研究実績の概要

本研究では、スピン3重項超伝導におけるメタ磁性転移と超伝導の関連性を明らかにすることを目標とし、パルス強磁場を用いた強磁場物性研究を展開している。特にUTe2に着目し、磁場印加方向によってメタ磁性転移近傍で消失、誘起する超伝導の起源を明らかにすることを目指している。今までに、一次のメタ磁性転移に伴い電子比熱係数が不連続に変化することを見出した。超伝導が消失する直方晶b軸方向の磁場印加ではメタ磁性転移に伴い電子比熱係数が減少すること、超伝導が誘起される[011]方向磁場では電子比熱係数が増大することを明らかにしている。
本年度の主な実績は、UTe2におけるメタ磁性転移における格子歪を明らかにし、メタ磁性転移がウランの価数変化であることを提案したことである。 b軸磁場印加による各軸方向への試料の伸び縮み、線磁歪を測定し、体積磁歪や磁化を用いた熱力学的な考察を行った。メタ磁性転移に伴い、直方晶のa, b軸は不連続に縮み、c軸は不連続に伸びることが分かった。これらの結果から、メタ磁性転移で約0.06%と比較的大きな負の体積変化が起きることを明らかにした。各軸線磁歪から線磁歪平均を引くことにより求められた異方的磁歪が、b、c軸は逆符号で同程度の大きさの変化を示すこと、つまり、メタ磁性転移に伴いbc面内で異方的な歪みが生じていることを明らかにした。さらに、ウランの5f電子の「局在・遍歴性二重性」描像に基づき、UTe2のメタ磁性転移はウランの価数変化で説明できることを提案した。この結果をまとめた論文はJournal of the Physical Society of Japan誌で発表し、編集者注目論文に選ばれ、高い評価と注目を得ている。
このように本研究を通じて、パルス強磁場実験技術も向上し、UTe2のメタ磁性転移の起源と超伝導転移への影響が明らかになりつつある。

研究成果

• [国際共同研究] CEA-Grenoble(フランス)
  • 国名: フランス
  • 外国機関名: CEA-Grenoble
• [雑誌論文] Ising-type quasi-one-dimensional ferromagnetism with anisotropic hybridization in UNi4P2 (2023)
  • 著者名/発表者名: Maurya Arvind、Miyake Atsushi、Kotegawa Hisashi、Shimizu Yusei、Sato Yoshiki J.、Nakamura Ai、Li Dexin、Homma Yoshiya、Honda Fuminori、Tokunaga Masashi、Aoki Dai
  • 雑誌名: Physical Review B 巻: 107 ページ: 085142-1-6
  • DOI: 10.1103/PhysRevB.107.085142
  • 査読あり
• [雑誌論文] Change of superconducting character in UTe2 induced by magnetic field (2023)
  • 著者名/発表者名: Kinjo K.、Fujibayashi H.、Kitagawa S.、Ishida K.、Tokunaga Y.、Sakai H.、Kambe S.、Nakamura A.、Shimizu Y.、Homma Y.、Li D. X.、Honda F.、Aoki D.、Hiraki K.、Kimata M.、Sasaki T.
  • 雑誌名: Physical Review B 巻: 107 ページ: L060502-1-6
  • DOI: 10.1103/physrevb.107.l060502
  • 査読あり
• [雑誌論文] Field-Induced Tuning of the Pairing State in a Superconductor (2023)
  • 著者名/発表者名: Rosuel A.、Marcenat C.、Knebel G.、Klein T.、Pourret A.、Marquardt N.、Niu Q.、Rousseau S.、Demuer A.、Seyfarth G.、Lapertot G.、Aoki D.、Braithwaite D.、Flouquet J.、Brison J.-P.
  • 雑誌名: Physical Review X 巻: 13 ページ: 011022-1-26
  • DOI: 10.1103/physrevx.13.011022
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Magnetovolume Effect on the First-Order Metamagnetic Transition in UTe2 (2022)
  • 著者名/発表者名: Miyake Atsushi、Gen Masaki、Ikeda Akihiko、Miyake Kazumasa、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: 91 ページ: 063703-1-5
  • DOI: 10.7566/JPSJ.91.063703
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Anomalous electromagnetic response in the spin-triplet superconductor UTe2 (2022)
  • 著者名/発表者名: Shimizu Yusei、Kittaka Shunichiro、Kono Yohei、Sakakibara Toshiro、Machida Kazushige、Nakamura Ai、Li Dexin、Homma Yoshiya、Sato Yoshiki J.、Miyake Atsushi、Yamashita Minoru、Aoki Dai
  • 雑誌名: Physical Review B 巻: 106 ページ: 214525-1-6
  • DOI: 10.1103/PhysRevB.106.214525
  • 査読あり
• [雑誌論文] First Observation of the de Haas-van Alphen Effect and Fermi Surfaces in the Unconventional Superconductor UTe2 (2022)
  • 著者名/発表者名: Aoki Dai、Sakai Hironori、Opletal Petr、Tokiwa Yoshifumi、Ishizuka Jun、Yanase Youichi、Harima Hisatomo、Nakamura Ai、Li Dexin、Homma Yoshiya、Shimizu Yusei、Knebel Georg、Flouquet Jacques、Haga Yoshinori
  • 雑誌名: Journal of the Physical Society of Japan 巻: 91 ページ: 083704-1-5
  • DOI: 10.7566/JPSJ.91.083704
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Unconventional superconductivity in UTe2 (2022)
  • 著者名/発表者名: Aoki D、Brison J-P、Flouquet J、Ishida K、Knebel G、Tokunaga Y、Yanase Y
  • 雑誌名: Journal of Physics: Condensed Matter 巻: 34 ページ: 243002-1-41
  • DOI: 10.1088/1361-648x/ac5863
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Superconducting Order Parameter in UTe2 Determined by Knight Shift Measurement (2022)
  • 著者名/発表者名: Fujibayashi Hiroki、Nakamine Genki、Kinjo Katsuki、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: 91 ページ: 043705-1-4
  • DOI: 10.7566/jpsj.91.043705
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Drastic change in magnetic anisotropy of UTe2 under pressure revealed by 125Te-NMR (2022)
  • 著者名/発表者名: Kinjo Katsuki、Fujibayashi Hiroki、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: Physical Review B 巻: 105 ページ: L140502-1-5
  • DOI: 10.1103/PhysRevB.105.L140502
  • 査読あり
• [学会発表] de Haas-van Alphen effect and Fermi surfaces in spin-triplet superconductor UTe2 (2023)
  • 著者名/発表者名: Dai Aoki
  • 学会等名: APS March Meeting 2023
  • 国際学会
• [学会発表] Multiple superconducting phases in UTe2 (2022)
  • 著者名/発表者名: Dai Aoki
  • 学会等名: Unconventional superconductivity in the heavy fermion UTe2 (online)
  • 国際学会
• [学会発表] Crystal growth and spin triplet superconductivity in UTe2 (2022)
  • 著者名/発表者名: Dai Aoki
  • 学会等名: Polish Conference on Crystal Growth 2022
  • 国際学会
• [学会発表] Multiple Superconducting Phases and Fermi Surfaces in UTe2 (2022)
  • 著者名/発表者名: Dai Aoki
  • 学会等名: Dual Nature 2022
  • 国際学会
• [学会発表] Multiple Superconducting Phases and Field Induced Superconductivity in UTe2 (2022)
  • 著者名/発表者名: Dai Aoki
  • 学会等名: 13th International Conference on Materials and Mechanisms of Superconductivity & High Temperature Superconductors (M2S)
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] First-order metamagnetic transition in UTe2 studied by magnetostriction measurements (2022)
  • 著者名/発表者名: A. Miyake, M. Gen, A. Ikeda, K. Miyake, Y. Shimizu, Y. J. Sato, D. Li, A. Nakamura, Y. Homma, F. Honda, J. Flouquet, M. Tokunaga, and D. Aoki
  • 学会等名: Strongly Correlated Electron Systems 2022 (SCES 2022)
  • 国際学会
• [学会発表] Electronic states and superconductivity in UTe2 (2022)
  • 著者名/発表者名: Dai Aoki
  • 学会等名: Strongly Correlated Electron Systems 2022 (SCES 2022)
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Development of Magnetic-Field-Insensitive Thermometer and Its Applications Used in a Pulsed-Magnetic Field (2022)
  • 著者名/発表者名: A. Miyake, M. Gen, A. Ikeda, Y. Kinoshita, D. Aoki, and M. Tokunaga
  • 学会等名: 29th International Conference on Low Temperature Physics (LT29)
  • 国際学会
• [学会発表] Multiple superconducting phases and field induced phenomena in novel spin-triplet superconductor UTe2 (2022)
  • 著者名/発表者名: Dai Aoki
  • 学会等名: The 29th international Conference on Low Temperature Physics (LT29)
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Magnetic-field effect on UTe2 and aperiodic crystals (2022)
  • 著者名/発表者名: Atsushi Miyake
  • 学会等名: GIMRT, REIMEI and IRN Aperiodic joint international workshop Superconductivity, Structural Complexity and Topology of UTe2 and Aperiodic Crystals
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Multiple superconducting phases and field induced phenomena in novel spin-triplet superconductor UTe2 (2022)
  • 著者名/発表者名: Dai Aoki
  • 学会等名: GIMRT, REIMEI and IRN Aperiodic joint international workshop Superconductivity, Structural Complexity and Topology of UTe2 and Aperiodic Crystals
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Development of the high-field measurements: Applications for the magnetic field-induced phenomena (2022)
  • 著者名/発表者名: Atsushi Miyake
  • 学会等名: Muroran Institute of Technology Rare Earth Workshop 2022 (REWS2022)
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] UTe2のメタ磁性転移における磁気体積効果 (2022)
  • 著者名/発表者名: 三宅厚志, 厳正輝, 池田暁彦, 三宅和正, 清水悠晴, 佐藤芳樹, 李徳新, 仲村愛, 本間佳哉, 本多史憲, Jacques Flouquet, 徳永将史, 青木大
  • 学会等名: 日本物理学会 2022 年秋季大会
• [学会発表] Metamagnetic transition in UTe2 (2022)
  • 著者名/発表者名: Atsushi Miyake
  • 学会等名: Recent Topics in Low Temperature Physics
  • 国際学会
• [学会発表] Multiple superconducting phases and Fermi surfaces in UTe2 (2022)
  • 著者名/発表者名: Dai Aoki
  • 学会等名: Recent Topics in Low Temperature Physics
  • 国際学会
• [備考] 高精度磁歪測定でUTe2のメタ磁性転移の正体に迫る
  • URL: https://www.issp.u-tokyo.ac.jp/maincontents/news2.html?pid=15850