スピン三重項超伝導の物理

2003 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 13852004
• Research Institution: Kyoto University
• Principal Investigator: 前野 悦輝 京都大学, 国際融合創造センター, 教授 (80181600)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 中辻 知 京都大学, 大学院・理学研究科, 講師 (70362431) ; 矢口 宏 京都大学, 大学院・理学研究科, 助手 (30314173) ; 石田 憲二 京都大学, 大学院・理学研究科, 助教授 (90243196) ; 山田 耕作 京都大学, 大学院・理学研究科, 教授 (90013515)
• Keywords: ルテニウム酸化物 / スピン三重項超伝導 / カイラル超伝導状態 / Sr_2RuO_4 / ナイトシフト

Research Abstract

ルテニウム酸化物Sr_2RuO_4は、本研究代表者の前野らがその超伝導を発見した物質(転移温度はT_c=1.5K)で、本研究メンバーを核とした研究から、従来の超伝導体とは異なりスピン三重項の電子対が担うことが実験的に確実となった。本研究の目的は、軌道波動関数も含めてSr_2RuO_4の超伝導状態を確定するとともに、この物質を舞台にスピン三重項の超伝導状態に関わる新しい物理現象を開拓することにある。本年度は以下(1)(2)に示した大きな進展を中心に、その他の事項についても以下のとおりの成果が得られた。
(1)新しく開発した比熱測定システムを用いて、Sr_2RuO_4単結晶の比熱の磁場方位依存性を詳細にわたって調べた結果、超伝導エネルギーギャップの異方性を3つあるバンドごとに決定することができた。スピン三重項超伝導体のギャップ構造の詳細が明らかになったのは画期的な成果といえよう。得られた軌道波動関数を超伝導メカニズムの理論と詳しく比較検討した結果、クーロン斥力に基づく対形成理論が最も観測事実をよく再現することが分かった。
(2)核磁気共鳴によるSr_2RuO_4のルテニウム核のナイトシフトの精密測定を進めた。特に磁場をRuO_2に垂直にかけた配置での超伝導相の実験データを初めて得ることができた。その結果は、比較的低磁場でスピン状態ベクトルが外部磁場に垂直になるよう、回転することを示している。
(3)国際共同研究によって、Sr_2RuO_4の超伝導状態の奇対称性を直接検証する量子干渉実験の結果が得られ、また不純物効果が超伝導性や電子構造の変化に与える影響も詳しく明らかになった。
(4)Sr_2RuO_4の超伝導を中心とした実験、理論両方のレヴュー論文を発表した。
(5)関連のルテニウム酸化物でのメタ磁性量子臨界現象の研究を極低温領域まで拡張した結果、量子臨界点近傍で、新奇な多重1次相転移が起こることなどが明らかになった。

Research Products

• [Publications] K.Deguchi: "Field-Orientation Dependent Heat Capacity Measurements at Low Temperatures with a Vector Magnet System"Review of Scientific Instruments. (accepted for publication). (2004)
• [Publications] K.Deguchi: "Gap Structure of the Spin-Triplet Superconductor Sr_2RuO_4 Determined from the Field-Orientation Dependence of the Specific Heat"Physical Review Letters. 92. 047002-1-047002-4 (2004)
• [Publications] Y.Yanase: "Theory of Superconductivity in Strongly Correlated Electron Systems"Physics Reports. 387. 1-149 (2003)
• [Publications] K.Ishida: "Unconventional Superconductivity and Nearly Ferromagnetic Spin Fluctuations in Na_xCoO_2・yH_2O"Journal of the Physical Society of Japan. 72. 3041-3044 (2003)
• [Publications] K.Pucher: "Gaplike Behavior of the c-axis Dynamic Conductivity in Pure and Ti-Doped Sr_2RuO_4"Physical Review B. 68. 214502-1-214502-5 (2003)
• [Publications] H.Rho: "Raman Scattering studies of Spin, Charge, and Lattice Dynamics in Ca_<2-x>Sr_xRuO_4(0≦x≦0.2)"Physical Review B. 68. 100404-1-100404-4 (2003)
• [Publications] H.Yaguchi: "Interface Superconductivity in the Eutectic Sr_2RuO_4-Ru : 3-K Phase of Sr_2RuO_4"Physical Review B. 67. 214519-1-214519-7 (2003)
• [Publications] N.Hiraoka: "Compton Scattering Study of the Electron Momentum Density in Sr_2RuO_4"Physical Review B. 67. 094511-1-094511-5 (2003)
• [Publications] S.A.Grigera: "Angular Dependence of the Magnetic Susceptibility in the Itinerant Metamagnet Sr_3Ru_2O_7"Physical Review B. 67. 214427-1-214427-8 (2003)
• [Publications] K.Ishida: "Evolution of Normal-State Magnetic Fluctuations by Ca and Ti Substitutions in Sr_2RuO_4 : ^<87>Sr-NMR study"Physical Review B. 67. 214412-1-214412-6 (2003)
• [Publications] A.P.Mackenzie: "The Superconductivity of Sr_2RuO_4 and the Physics of Spin-Triplet Paring"Reviews of Modern Physics. 75. 657-712 (2003)
• [Publications] K.Ishida: "Ferromagnetic Correlations in Ca-doped Sr_2RuO_4 : ^<87>SrNMR Study"Journal of Low Temperature Physics. 131. 1227-1236 (2003)
• [Publications] Y.Liu: "Tunneling and Phase-Sensitive Studies of the Pairing Symmetry in Sr_2RuO_4"Journal of Low Temperature Physics. 131. 1059-1068 (2003)
• [Publications] S.Nakatsuji: "Heavy-Mass Fermi Liquid near a Ferromagnetic Instability in Layered Ruthenates"Physical Review Letters. 90. 137202-1-137202-4 (2003)