2023 Fiscal Year Research-status Report
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23K03332
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| Research Institution | Japan Atomic Energy Agency |
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Principal Investigator |
芳賀 芳範 国立研究開発法人日本原子力研究開発機構, 原子力科学研究部門 原子力科学研究所 先端基礎研究センター, 研究主幹 (90354901)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
松田 達磨 東京都立大学, 理学研究科, 教授 (30370472)
酒井 宏典 国立研究開発法人日本原子力研究開発機構, 原子力科学研究部門 原子力科学研究所 先端基礎研究センター, 研究主幹 (80370401)
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| Project Period (FY) |
2023-04-01 – 2026-03-31
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| Keywords | ウラン化合物 / 核比熱 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
ウラン金属間化合物の物性は、主としてウランの5f電子により支配されている。ウランなどの重元素の電子状態においては、強い原子核ポテンシャルに起因する相対論効果が無視できず、その波動関数は空間的な拡がりが大きい。このことは、ウランの周囲の外場や化学的環境が電子状態に大きな影響を及ぼし、多様な物性を示す。本研究では、そのようなウランの電子状態を探る新たなプローブとして、235Uの核比熱測定を提案する。
2023年度は、対象とするウラン化合物の選定を行い、まずは天然ウランによる試料育成条件の探索、及び、比熱測定装置の調整を行って、放射性物質を測定するための条件設定を行うこととした。
対象物質として、2018年に発見されたウラン化合物超伝導体UTe2を検討し、さらに天然ウランを用いて実験を行い、結晶育成条件を検討した。申請者らは、すでにUTe2作成の際に、ウランが欠損しやすいことを見出しており、それを防ぐための溶融塩フラックス法を開発しているが、貴重な原料である濃縮ウランを有効に使用するために、実験１回あたりの使用量を削減した上で、結晶育成条件の決定を行った。育成した結晶については、単結晶構造解析による結晶構造の決定と組成分析によるキャラクタリザーション、及び電気抵抗、磁化、比熱測定による超伝導特性の測定を行い、試料評価を行った。
測定環境としては、既存の緩和法比熱測定セルの調整を行ったほか、新たに利用可能となった3He冷凍機の立ち上げを行い、比熱測定環境の構築を開始した。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
天然ウランを用いた結晶育成は順調に進展しており、UTe2については磁化、比熱、電気抵抗測定による超伝導転移の確認を行った。一方比熱測定については、緩和法による小型装置の製作改良を進めたほか、新たに利用可能となった3He装置の整備を行って、0.35Kまでの測定が可能となった。
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| Strategy for Future Research Activity |
固体物性研究において電子状態に関する情報を得るための微視的プローブは重要な役割を果たす。ウランでは、核スピンを有する同位体は天然に1%未満しか存在しない上、重元素特有の速い緩和のため、過去にNMR測定例がわずかに存在するのみであった。本研究ではこの状況を打開するために、極低温の比熱測定を意図した。比熱測定については、天然ウランを用いた測定で調整を行っている。また、試料調整については、濃縮ウラン使用に向けて実験環境の整備を進めるとともに、限られた原料を有効に活用できるよう、実験条件の検討を引き続き進める。
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| Causes of Carryover |
2023年度は比熱測定装置の整備を予定していたが、既存装置によるパラメータ確認実験に時間を要して、整備に必要な部品の選定が遅れたことにより、当初計画どおりに整備することが難しく、購入を次年度に変更したため、購入に係る費用が次年度使用額として生じることになった。
次年度使用額は、次年度分研究費と合わせて、比熱測定装置の整備に必要な部品購入等に係る費用として使用する。
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[Journal Article] Unique Band Structure of Pressure Induced Semiconducting State in SmS Characterized by 33S-Nuclear Magnetic Resonance Measurements2024
Author(s)
Shogo Yoshida, Hajime Ueda, Tetsuya Mutou, Shun Katakami, Masato Okada, Yuichi Yokoyama, Masaichiro Mizumaki, Naoka Hiraoka, Kentaro Kitagawa, Yoshinori Haga, Takuto Fujii, Yusuke Nakai and Takeshi Mito
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Journal Title
J. Phys. Soc. Jpn.
Volume: 93
Pages: 013702-1-5
DOI
Peer Reviewed
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[Journal Article] Quasi-2D Fermi surface in the anomalous superconductor UTe22024
Author(s)
A. G. Eaton, T. I. Weinberger, N. J. M. Popiel, Z. Wu, A. J. Hickey, A. Cabala, J. Pospisil, J. Prokleska, T. Haidamak, G. Bastien, P. Opletal, H. Sakai, Y. Haga, R. Nowell, S. M. Benjamin, V. Sechovsky, G. G. Lonzarich, F. M. Grosche and M. Valiska
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Journal Title
Nat. Commun.
Volume: 15
Pages: 223-1-10
DOI
Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
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[Journal Article] Fully gapped pairing state in spin-triplet superconductor UTe22024
Author(s)
Shota Suetsugu and Masaki Shimomura and Masashi Kamimura and Tomoya Asaba and Hiroto Asaeda and Yuki Kosuge and Yuki Sekino and Shun Ikemori and Yuichi Kasahara and Yuhki Kohsaka and Minhyea Lee and Youichi Yanase and Hironori Sakai and Petr Opletal and Yoshifumi Tokiwa and Yoshinori Haga and Yuji Matsuda
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Journal Title
Sci. Adv.
Volume: 10
Pages: eadk3772-1-7
DOI
Peer Reviewed / Open Access
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[Journal Article] Chiral superconductivity in UTe2 probed by anisotropic low-energy excitations2023
Author(s)
K. Ishihara, M. Roppongi, M. Kobayashi, K. Imamura, Y. Mizukami, H. Sakai, Hironori, P. Opletal, Y. Tokiwa, Y. Haga, K. Hashimoto, and T. Shibauchi
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Journal Title
Nat. Commun.
Volume: 14
Pages: 2966-1-7
DOI
Peer Reviewed / Open Access
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[Journal Article] Observation of field-induced single-ion magnetic anisotropy in a multiorbital Kondo alloy (Lu,Yb)Rh2Zn202023
Author(s)
T. Kitazawa, Y. Ikeda, T. Sakakibara, A. Matsuo, Y. Shimizu, Y. Tokunaga, Y. Haga, K. Kindo, Y. Nambu, K. Ikeuchi, K. Kamazawa, M. Ohkawara and M. Fujita
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Journal Title
Phys. Rev. B
Volume: 108
Pages: 085105-1-7
DOI
Peer Reviewed
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[Journal Article] Longitudinal Spin Fluctuations Driving Field-Reinforced Superconductivity in UTe22023
Author(s)
Y. Tokunaga, H. Sakai, S. Kambe, P. Opletal, Y. Tokiwa, Y. Haga, S. Kitagawa, K. Ishida, D. Aoki, G. Knebel, G. Lapertot, S. Kraemer, and M. Horvatic
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Journal Title
Phys. Rev. Lett.
Volume: 131
Pages: 226503-1-7
DOI
Peer Reviewed / Int'l Joint Research
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[Presentation] High Magnetic Field Studies of Ultraclean UTe22023
Author(s)
Alexander Eaton, T. Weinberger, N. Popiel, Z. Wu, A. Hickey, A. Cabala, Jiri Pospisil, Jan Prokleska, Gael Bastien, Petr Opletal, Hironori Sakai, Yoshinori Haga, Robert Nowell, Shermane Benjamin, Yurii Skourski, Vladimir Sechovsky, Gilbert Lonzarich, F. Malte Grosche and Michal Valiska
Organizer
The International Conference in Strongly Correlated Electrons systems (SCES2023)
Int'l Joint Research
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[Presentation] Metamagnetism-induced First-order Transition within the Superconducting State of UTe2 under Magnetic Field along the Easy a-axis2023
Author(s)
Yoshifumi Tokiwa, Petr Opletal, Hironori Sakai, Katsunori Kubo, Etsuji Yamamoto, Shinsaku Kambe, Motoi Kimata, Satoshi Awaji, Takahiko Sasaki, Dai Aoki, Yo Tokunga and Yoshinori Haga
Organizer
The International Conference in Strongly Correlated Electrons systems (SCES2023)
Int'l Joint Research
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[Presentation] Data-driven Fermi Surface Fitting in the Unconventional Superconductor UTe22023
Author(s)
Theodore Weinberger, A. Eaton, N. Popiel, Z. Wu, A. Hickey, A. Cabala, Jiri Pospisil, Jan Prokleska, Tetiana Haidamak, Gael Bastien, Petr Opletal, Hironori Sakai, Yoshinori Haga, Robert Nowell, Shermane Benjamin, Vladimir Sechovsky, Gilbert Lonzarich, Malte Grosche and Michal Valiska
Organizer
The International Conference in Strongly Correlated Electrons systems (SCES2023)
Int'l Joint Research
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[Presentation] Fully Gapped Pairing State in Spin-triplet Superconductor UTe22023
Author(s)
Shota Suetsugu, Masaki Shimomura, Masashi Kamimura, Tomoya Asaba, Hiroto Asaeda, Yuki Kosuge, Yuichi Kasahara, Yuhki Kohsaka, Minhyea Lee, Youichi Yanase, Hironori Sakai, Petr Opletal, Yoshifumi Tokiwa, Yoshinori Haga and Yuji Matsuda
Organizer
The International Conference in Strongly Correlated Electrons systems (SCES2023)
Int'l Joint Research
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